DE102012214219A1

DE102012214219A1 - LED module used in e.g. medical endoscope, has optical diffusing layer with minimal absorption function, that is arranged in optical path with aperture, and support side portion that is mounted with carrier with light sources

Info

Publication number: DE102012214219A1
Application number: DE201210214219
Authority: DE
Inventors: Andreas Biebersdorf; Krister Bergenek; Dennis Sprenger; Reiner Windisch
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2014-02-13

Abstract

The LED module (101,201,301) has a support side portion (2) that is mounted with a carrier (3) with several semiconductor light sources (5). The reflective layer (9) is arranged at a radiation pattern of the semiconductor light sources. Another reflective layer (8) is formed in a radiation side (7) at the inner space of the LED module. An aperture (6) is formed in an optical path of the LED module. An optical diffusing layer (10) with minimal absorption function, is arranged in the optical path.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein LED-Modul mit mehreren, beispielsweise auf einer Platine angeordneten LED-Chips gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an LED module having a plurality of, for example, arranged on a circuit board LED chips according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Viele Anwendungen von LED-Modulen, beispielsweise in Projektoren, Endoskopen der Medizintechnik oder Frontscheinwerfern des Automobilbaus, benötigen eine hohe Leuchtdichte, um nachgeschaltete optische Systeme möglichst klein zu halten oder gar zu vermeiden. Auch müssen über die Leuchtdichte kleine Hell/Dunkel-Übergänge realisiert werden. Dabei ist es wichtig, dass das LED-Modul trotz geforderter hoher Leuchtdichte insgesamt klein baut und dennoch eine vergleichsweise hohe Lebensdauer aufweist.Many applications of LED modules, for example in projectors, endoscopes of medical technology or headlights of the automotive industry, require a high luminance to keep downstream optical systems as small as possible or even avoid. Also, small light / dark transitions must be realized via the luminance. It is important that the LED module builds despite the high luminance required overall small and yet has a relatively long life.

Die Verwendung von sogenannten Hochleistungs-LEDs (H-LED) für LED-Module führt zwar zu deutlich höheren Leuchtdichten, hat aber das grundsätzliche Problem, Wärme in ausreichendem Umfang ableiten zu können. Infolge dessen weisen derartige LED-Module, beziehungsweise deren LEDs, häufig eine verringerte Lebensdauer auf.Although the use of so-called high-power LEDs (H-LED) for LED modules leads to significantly higher luminance, but has the fundamental problem, heat to dissipate sufficient extent. As a result, such LED modules, or their LEDs, often have a reduced life.

Auch sind Lösungen bekannt, LEDs mit höheren elektrischen Strömen zu betreiben, um dadurch die Leuchtdichte zu erhöhen, was sich jedoch auch nachteilig auf die Lebensdauer auswirken kann.Also, solutions are known to operate LEDs with higher electrical currents, thereby increasing the luminance, but this can also adversely affect the life.

Ebenso bekannt ist, mehrere LEDs so anzuordnen, dass diese in eine nachgeschaltete sogenannte Leuchtbox mit einer vordefinierten Lichtaustrittsöffnung einstrahlen. Durch diese Öffnung kann das innerhalb der Leuchtbox mehrfach reflektierte Licht emittieren, wodurch eine Leuchtdichteerhöhung zu erreichen ist.It is also known to arrange a plurality of LEDs in such a way that they radiate into a downstream luminous box with 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.

Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Leuchtdichte zwar erhöht ist, eine Lichtverteilung jedoch ungleichmäßig ist. Ist der Leuchtbox beispielsweise eine Optik nachgeschaltet, so kann sich ein inhomogenes Leuchtfeld ergeben, da Abbilder der einzelnen Lichtpunkte der LEDs dargestellt werden. Sind den LEDs beispielsweise Reflektoren zugeordnet, so kann sich eine inhomogene Lichtverteilung dadurch ergeben, dass Abschattungsgrenzen der Reflektoren im Leuchtfeld sichtbar sind.A disadvantage of this solution is that the luminance is indeed increased, but a light distribution is uneven. If the light box is followed by an optical system, for example, then an inhomogeneous light field can result since images of the individual light spots of the LEDs are displayed. If, for example, reflectors are assigned to the LEDs, an inhomogeneous light distribution can result from shadowing limits of the reflectors being visible in the luminous field.

Die Erfindung geht von einem LED-Modul der letztgenannten Lösung aus.The invention is based on an LED module of the latter solution.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein LED-Modul hoher Leuchtdichte mit einem gleichmäßiger ausgeleuchteten Leuchtfeld zu schaffen.The object of the present invention is to provide a high-luminance LED module with a uniformly illuminated illuminated field.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein LED-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by an LED module having the features of claim 1.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.

Ein LED-Modul weist eine Trägerseite auf, an der ein Träger mit mehreren montierten Halbleiterlichtquellen, beziehungsweise LEDs, insbesondere LED-Chips, und eine etwa in eine Abstrahlrichtung einer der Halbleiterlichtquellen reflektive erste Schicht angeordnet sind. Weiterhin weist es eine Abstrahlseite auf, an der eine hin zu einem Innenraum des LED-Moduls reflektive zweite Schicht und eine von einem Strahlengang des LED-Moduls durchsetzte, insbesondere transparente Apertur angeordnet sind. Auf bekannte Weise ist so über die an den reflektiven Schichten erfolgende mehrfache Reflexion des von den LEDs emittierten Lichtes, das durch die Apertur austritt, für das LED-Modul eine hohe Leuchtdichte erzielt. Erfindungsgemäß ist im Strahlengang eine optische Streuschicht mit minimaler, insbesondere minimaler selektiver Absorption angeordnet.An LED module has a carrier side, on which a carrier with a plurality of mounted semiconductor light sources, or LEDs, in particular LED chips, and an approximately in a radiation direction of one of the semiconductor light sources reflective first layer are arranged. Furthermore, it has a radiation side, on which a reflective to an interior of the LED module second layer and a beam path of the LED module interspersed, in particular transparent aperture are arranged. In known manner, a high luminance is achieved for the LED module via the multiple reflection of the light emitted by the LEDs, which exits through the aperture, at the reflective layers. According to the invention, an optical scattering layer with minimal, in particular minimal selective absorption is arranged in the beam path.

So wird das von den LEDs emittierte Licht vor seinem Austritt aus der Apertur in der eigens für die Streuung oder Mischung vorgesehenen Schicht gestreut bzw. gemischt, so dass über das LED-Modul verglichen mit dem Stand der Technik ein Leuchtfeld homogener ausleuchtbar bzw. eine Lichtverteilung vergleichmäßigbar ist. Das LED-Modul ist daher besonders vorteilhaft für sogenannte Spotanwendungen geeignet. Um die genannte minimale Absorption sicherzustellen, ist die Streuschicht bevorzugt derart ausgestaltet, dass sie – abgesehen von insbesondere rohstoff- oder fertigungsbedingt kaum zu vermeidenden Verunreinigungen – frei von Leuchtstoffen, insbesondere von Leuchtstoffpartikeln ist, so dass in ihr kaum oder keine Absorption bestimmter Wellenlängen erfolgt. Das trägt dazu bei, dass das emittierte Licht in der Streuschicht keiner Farbkonversion unterliegt und so sein Spektrum und seine Intensität weitgehend erhalten bleiben. Ein weiterer Vorteil der Streuschicht ist, dass über sie die Abhängigkeit eines Farbortes von einem Emissionswinkel minderbar ist. So weist beispielsweise Licht einer blauen LED, das über Phosphor zu weiß konvertiert wird, ohne die Streuschicht in normaler Emissionsrichtung einen höheren Blauanteil auf als in einer Emissionsrichtung mit flachem Winkel. Die Emission mit flachem Winkel weist hingegen einen höheren Gelbanteil auf. Der Farbort ist somit von der Emissionsrichtung bzw. dessen Winkel abhängig. Mit Hilfe der Streuschicht ist diese Abhängigkeit minderbar bzw. der Farbort ist über den Winkel homogenisierbar.Thus, the light emitted by the LEDs light is scattered or mixed before it leaves the aperture in the specially provided for the scattering or mixture layer, so that over the LED module compared with the prior art, a light field homogeneous ausleuchtbar or a light distribution is comparable. The LED module is therefore particularly advantageous for so-called spot applications. In order to ensure said minimal absorption, the litter layer is preferably designed such that it is free from phosphors, in particular phosphor particles, except for raw material or production-related impurities which are virtually unavoidable, so that little or no absorption of specific wavelengths takes place in it. This contributes to the fact that the emitted light in the litter layer is not subject to color conversion and thus largely retain its spectrum and its intensity. Another advantage of the litter layer is that it can reduce the dependence of a color location on an emission angle. Thus, for example, light from a blue LED that is converted to white via phosphorus, without the scattering layer in the normal emission direction, has a higher blue content than in a flat angle emission direction. The emission with a shallow angle, however, has a higher yellow component. The color location is thus dependent on the emission direction or its angle. With the help of the litter layer this dependency can be reduced or the color locus can be homogenized over the angle.

Die Streuschicht weist bevorzugt eine Dicke von etwa 0,2 bis 2 mm auf. Sie ist bevorzugt etwa 1 mm von einer lichterzeugenden Oberfläche zumindest einer der LEDs beabstandet.The litter layer preferably has a thickness of about 0.2 to 2 mm. It is preferably spaced about 1 mm from a light-generating surface of at least one of the LEDs.

Die Streuschicht ist bevorzugt über eine transparente Silikonschicht mit darin angeordneten transparenten Streupartikeln ausgebildet.The scattering layer is preferably formed over a transparent silicone layer with transparent scattering particles arranged therein.

Zumindest eine der LEDs ist bevorzugt als ein oberflächenmontiertes Bauelement (Surface-Mounted-Device oder SMD) montiert.At least one of the LEDs is preferably mounted as a surface mounted device (SMD).

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist das LED-Modul in Chip-on-board-Technologie ausgeführt. Dabei ist alternativ oder ergänzend zur zumindest einen in SMD-Bauweise ausgebildeten LED zumindest eine der LEDs bevorzugt als Dünnfilm-Chip oder als Saphir-Chip ausgebildet. Im Falle des Dünnfilm-Chips ist der Träger bevorzugt ein Circuit-Board oder eine Platine und der Dünnfilm-Chip ist bevorzugt mit seiner Rückseite auf den Träger, insbesondere auf eine Leiterbahn des Trägers gelötet oder gebondet. Bevorzugt ist er in einem Bereich seiner Abstrahlseite über einen Bonddraht mit einer weiteren Leiterbahn des Trägers verbunden. Im Falle des Saphir-Chips ist der Träger in einer ersten Variante bevorzugt ein Circuit-Board oder eine Platine und der Chip ist, wie bereits für den Dünnfilm-Chip beschrieben, kontaktiert. In einer zweiten Variante ist der zumindest eine Saphir-Chip mit zwei Vorderseitenkontakten ausgebildet. Dies ermöglicht es, mehrere der Saphir-Chips in Reihe über Bonddrähte zu verbinden und über den Träger muss in diesem Fall keine elektrische Kontaktierung erfolgen, so dass er nicht als Platine oder Circuit-Board ausgebildet sein muss. Er ist dann bevorzugt aus reflektivem Metall oder reflektiver Keramik gebildet, wobei die Reflektivität über eine Oberflächenbehandlung oder eine Beschichtung gegeben ist.In a particularly preferred development, the LED module is implemented in chip-on-board technology. In this case, as an alternative or in addition to the at least one SMD-designed LED, at least one of the LEDs is preferably designed as a thin-film chip or as a sapphire chip. In the case of the thin-film chip, the carrier is preferably a circuit board or a circuit board and the thin-film chip is preferably soldered or bonded with its rear side onto the carrier, in particular onto a conductor track of the carrier. Preferably, it is connected in a region of its emission side via a bonding wire with a further conductor track of the carrier. In the case of the sapphire chip, the carrier in a first variant is preferably a circuit board or a circuit board and the chip is, as already described for the thin-film chip, contacted. In a second variant, the at least one sapphire chip is formed with two front side contacts. This makes it possible to connect several of the sapphire chips in series via bonding wires and in this case no electrical contacting must take place via the carrier, so that it does not have to be designed as a circuit board or circuit board. It is then preferably formed of reflective metal or reflective ceramic, wherein the reflectivity is given by a surface treatment or a coating.

Der Träger ist bevorzugt starr oder alternativ dazu flexibel bzw. biegbar ausgestaltet.The carrier is preferably designed rigid or alternatively flexible or bendable.

In einer bevorzugten Weiterbildung des LED-Moduls erstreckt sich die erste Schicht über einen überwiegenden Abschnitt der Trägerseite, besonders bevorzugt über die komplette Trägerseite, mit Ausnahme der Halbleiterlichtquellen. Alternativ oder ergänzend erstreckt sich die zweite reflektive Schicht bevorzugt über einen überwiegenden Abschnitt der Abstrahlseite, besonders bevorzugt über die komplette Abstrahlseite, mit Ausnahme der Apertur. Beides hat eine besonders hohe Reflexion und damit verbunden eine hohe Leuchtdichte des LED-Moduls zur Folge.In a preferred development of the LED module, the first layer extends over a predominant section of the carrier side, particularly preferably over the entire carrier side, with the exception of the semiconductor light sources. Alternatively or additionally, the second reflective layer preferably extends over a predominant section of the emission side, particularly preferably over the entire emission side, with the exception of the aperture. Both have a particularly high reflection and thus a high luminance of the LED module result.

Eine bevorzugte Weiterbildung des LED-Moduls weist Randseiten auf, über die sich eine hin zum Innenraum reflektive dritte Schicht erstreckt, so dass eine Reflexion im Innern des LED-Moduls und damit die Leuchtdichte weiter erhöht ist. Besonders bevorzugt erstreckt sich die dritte Schicht derart über die Randseiten, dass ein Lichtaustritt über diese Seiten gegen null geht und die Leuchtdichte so noch weiter erhöht ist. Alternativ dazu kann es bevorzugt sein, dass sich die dritte Schicht lediglich abschnittsweise über die Randseiten oder über nur eine oder einige der Randseiten erstreckt, so dass ein Lichtaustritt aus den Randseiten zumindest gemindert ist und eine Leuchtdichte etwas weniger stark erhöht ist.A preferred further development of the LED module has edge sides, over which extends a third layer which is reflective towards the interior, so that a reflection in the interior of the LED module and thus the luminance is further increased. Particularly preferably, the third layer extends over the edge sides in such a way that a light emission via these sides approaches zero and the luminance is thus increased even further. Alternatively, it may be preferred that the third layer extends only in sections over the edge sides or over only one or some of the edge sides, so that a light emission from the edge sides is at least reduced and a luminance is slightly less increased.

In eine besonders vorteilhaften Weiterbildung weist zumindest eine der Schichten einen Reflexionsgrad größer als 90% auf, bzw. ist hochreflektiv. Besonders bevorzugt weist sie einen Reflexionsgrad von zumindest 95% auf. Je höher dabei der Reflexionsgrad, umso höher ist eine Lichtausbeute und eine Leuchtdichte des LED-Moduls.In a particularly advantageous development, at least one of the layers has a reflectance greater than 90%, or is highly reflective. It particularly preferably has a reflectance of at least 95%. The higher the reflectance, the higher the light output and the luminance of the LED module.

Vorzugsweise streut zumindest eine der reflektiven Schichten, besonders bevorzugt die dritte, diffus. Für die diffuse Streuung weist die entsprechende reflektive Schicht bevorzugt zumindest abschnittsweise eine poröse Struktur auf.Preferably, at least one of the reflective layers, more preferably the third, diffuses diffusely. For the diffuse scattering, the corresponding reflective layer preferably has a porous structure at least in sections.

Alternativ zur porösen, diffus streuenden Struktur der reflektiven Schicht ist diese bevorzugt über ein für sich alleine betrachtet transparentes Material mit darin eingebetteten Streupartikeln ausgebildet. Besonders bevorzugt ist dabei das transparente Material Silikon und die Streupartikel sind aus TiO₂ gebildet, so dass sich eine weiße reflektive Schicht ergibt. Diese Lösung ist insbesondere für die erste reflektive Schicht bevorzugt und kann als Verguss um die LEDs herum ausgebildet sein. Insbesondere bei der Verwendung des oder der Dünnfilm-Chips ergibt es sich, dass dieser Verguss bis hin zu einer Abstrahlebene des oder der Chips heranreichen kann, da diese Art Halbeiterlichtquelle lediglich an dieser Abstrahlebene und nicht seitlich emittieren. Dieser Verguss bedeckt und schützt somit sowohl den Träger bzw. die Platine oder das Circuit-Board als auch die Bonddrähte.As an alternative to the porous, diffusely scattering structure of the reflective layer, it is preferably formed via a transparent material considered alone with scattering particles embedded therein. In this case, the transparent material is particularly preferably silicone and the scattering particles are formed from TiO ₂ , resulting in a white reflective layer. This solution is particularly preferred for the first reflective layer and may be formed as encapsulation around the LEDs. In particular when using the thin-film chip (s), it turns out that this encapsulation can reach as far as an emission level of the chip (s), since this type of semiconductor light source emits only at this level of abstraction and not laterally. This encapsulation thus covers and protects both the carrier or the circuit board or the circuit board and the bonding wires.

In einer alternativen oder ergänzenden bevorzugten Weiterbildung weist die Apertur seitlich oder radial eine reflektive, insbesondere eine diffus reflektive Schicht aufIn an alternative or additional preferred development, the aperture has laterally or radially a reflective, in particular a diffusely reflective layer

Vorzugsweise sind die reflektive zweite Schicht und die Apertur an einer Blende, insbesondere an einer Aperturblende angeordnet, so dass die zweite Schicht und die Apertur gemeinsam an einem Bauteil zusammengefasst sind. Dies ist vorrichtungstechnisch einfach. Die Apertur ist vorzugsweise über eine Durchgangsausnehmung der Blende ausgebildet.Preferably, the reflective second layer and the aperture are arranged on a diaphragm, in particular on an aperture diaphragm, so that the second layer and the aperture are combined together on one component. This is device technology simple. The aperture is preferably over formed a through-hole of the aperture.

Ein Material der Blende ist bevorzugt metallisch, insbesondere Aluminium, oder weist Kunststoff auf oder es ist keramisch. Vorzugsweise beträgt dabei eine Transmission des von den LEDs emittierten Lichts durch die Blende bzw. die zweite reflektive Schicht weniger als 10%, besonders bevorzugt weniger als 1%.A material of the diaphragm is preferably metallic, in particular aluminum, or has plastic or it is ceramic. In this case, a transmission of the light emitted by the LEDs through the diaphragm or the second reflective layer is preferably less than 10%, particularly preferably less than 1%.

Besonders bevorzugt ist auch die reflektive dritte Schicht an der Blende angeordnet, so dass die Blende alle Schichten, die quer zur oder entgegen der Abstrahlrichtung der LEDs reflektiv sind und die Apertur aufweist. Diese Lösung ist vorrichtungstechnisch besonders einfach und kompakt.Particularly preferably, the reflective third layer is arranged on the diaphragm, so that the diaphragm all layers which are transverse to or opposite to the emission direction of the LEDs and reflective having the aperture. This solution is device technology particularly simple and compact.

Alternativ dazu ist die dritte reflektive Schicht über zumindest einen randseitig am Träger angeordneten Damm gebildet, der sich bis hin zur Blende oder zur zweiten reflektiven Schicht erstreckt. Vorzugsweise ist der Damm gemäß der vorangehenden Beschreibung über das für sich betrachtet transparente Material, bevorzugt Silikon, mit den darin eingebetteten Streupartikeln, bevorzugt TiO₂ ausgebildet.Alternatively, the third reflective layer is formed via at least one dam disposed on the edge of the support, which extends as far as the diaphragm or the second reflective layer. Preferably, the dam according to the preceding description on the individually considered transparent material, preferably silicone, with the embedded therein scattering particles, preferably TiO _{2 is} formed.

Die reflektive Schicht, also die erste und/oder die zweite und/oder die dritte und/oder diejenige in der Apertur, ist bevorzugt über eine Beschichtung oder über eine Oberflächenbehandlung ausgebildet. Die erste reflektive Schicht ist dabei vorzugsweise eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung des Trägers, die zweite und/oder dritte und/oder diejenige der Apertur ist vorzugsweise eine Beschichtung oder Oberflächenbehandlung der Blende.The reflective layer, that is to say the first and / or the second and / or the third and / or the one in the aperture, is preferably formed via a coating or via a surface treatment. The first reflective layer is preferably a coating or surface treatment of the support, the second and / or third and / or that of the aperture is preferably a coating or surface treatment of the diaphragm.

In einer bevorzugten Weiterbildung sind Randseiten des Trägers von der Blende umgriffen, wodurch die LEDs und der Träger sowohl an der Abstrahlseite als auch seitlich von der Blende geschützt sind.In a preferred embodiment, edge sides of the carrier are encompassed by the diaphragm, as a result of which the LEDs and the carrier are protected both on the emission side and laterally from the diaphragm.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Streuschicht im Strahlengang vor der Apertur angeordnet, so dass die Mischung und Streuung des von den LEDs emittierten Lichtes vor einem Eintritt in die Apertur erfolgt.In a preferred embodiment of the invention, the scattering layer is arranged in the beam path in front of the aperture, so that the mixture and scattering of the light emitted by the LEDs takes place before an entry into the aperture.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Streuschicht vollständig in der Apertur angeordnet, so dass sich die verlustbehaftete Streuung auf die verglichen mit der Abstrahlseite kleine Apertur beschränkt. Die Streuung ist daher effizient. Alternativ dazu ist es natürlich möglich, dass die Streuschicht abschnittsweise in und abschnittsweise außerhalb der Apertur angeordnet ist.In a particularly advantageous development, the scattering layer is arranged completely in the aperture, so that the lossy scattering is limited to the small aperture compared with the emission side. The scattering is therefore efficient. Alternatively, it is of course possible that the scattering layer is arranged in sections and in sections outside the aperture.

Eine bevorzugte Weiterbildung des LED-Moduls weist im Strahlengang und vor der Apertur einen mit Gas gefüllten Raum auf, der zumindest abschnittsweise über die reflektive dritte Schicht begrenzt ist. Vorzugsweise weist das Gas eine minimale oder minimale selektive Absorption auf. Bevorzugt ist der Raum als Streuvolumen oder als zweite Streuschicht wirksam, wodurch eine zusätzliche Streuung vorrichtungstechnisch einfach realisiert ist. Alternativ dazu ist das Volumen evakuiert.A preferred development of the LED module has in the beam path and in front of the aperture to a gas-filled space which is limited at least in sections on the reflective third layer. Preferably, the gas has minimal or minimal selective absorption. The space is preferably effective as a scattering volume or as a second scattering layer, as a result of which additional scattering is implemented simply in terms of device technology. Alternatively, the volume is evacuated.

In einer bevorzugten Weiterbildung erstreckt sich der Raum zumindest abschnittsweise mit veränderlichem Querschnitt, sich insbesondere verjüngend, hin zur Apertur. Dadurch ist über die dritte reflektive Schicht eine Lichtverteilung in der Apertur, mit Hinblick auf die Leuchtdichte und die gleichmäßigere Ausleuchtung des Leuchtfeldes, günstig beeinflussbar.In a preferred development, the space extends at least in sections with a variable cross-section, in particular tapering, towards the aperture. As a result, a light distribution in the aperture, with regard to the luminance and the more uniform illumination of the luminous field, can be advantageously influenced via the third reflective layer.

Sollte eine Konversion des von zumindest einer der LEDs emittierten Lichts zur Erlangung einer gewünschten Farbe vorgesehen sein, so ist in einer bevorzugten vorteilhaften Weiterbildung im Strahlengang eine Konversionsschicht – bzw. eine Leuchtstoffschicht – mit vorbestimmter Absorption angeordnet. Diese Schicht weist bevorzugt Leuchtstoffpartikel auf.If a conversion of the light emitted by at least one of the LEDs to obtain a desired color is provided, then in a preferred embodiment, a conversion layer or a phosphor layer having a predetermined absorption is arranged in the beam path. This layer preferably has phosphor particles.

Da eine Streuschicht immer auch eine Rückstreuung in Richtung der Lichtquelle bzw. der LED oder LEDs bewirkt, und dadurch Licht auf absorbierende Elemente des LED-Moduls, beispielsweise Bonddrähte, Reflektoren etc. fällt, ist die Verwendung der Streuschicht verlustbehaftet. Es ergibt sich, dass diese Verluste umso geringer sind, je größer ein Abstand der Streuschicht zur Konversionsschicht ist. Es ist daher bevorzugt, wenn die Streuschicht möglichst weit beabstandet zu diesen absorbierenden Elementen angeordnet ist. Gegenüber einer Schicht, in der sowohl die Absorption bestimmter Wellenlängen zur Farbkonversion als auch die Streuung zur Vergleichmäßigung der Lichtverteilung erfolgt, erweist sich die strikte Trennung der Streuung von der Konversion gemäß der obigen Argumentation als effizienter. Bevorzugt ist die Konversionsschicht im Strahlengang vor der Streuschicht oder vor dem Raum angeordnet, wodurch das Licht zunächst konvertiert und erst dann zur Vergleichmäßigung der Lichtverteilung in der Streuschicht gestreut wird.Since a scattering layer always causes a backscatter in the direction of the light source or the LED or LEDs, and thereby light on absorbing elements of the LED module, such as bonding wires, reflectors, etc. falls, the use of the scattering layer is lossy. It turns out that these losses are the lower, the greater is a distance of the litter layer to the conversion layer. It is therefore preferable if the scattering layer is arranged as far apart as possible from these absorbing elements. Compared with a layer in which both the absorption of certain wavelengths for color conversion and the scattering for equalization of the light distribution takes place, the strict separation of the scattering from the conversion proves to be more efficient according to the above argumentation. Preferably, the conversion layer is arranged in the beam path in front of the litter layer or in front of the space, whereby the light is first converted and only then scattered to even out the light distribution in the litter layer.

Die Konversionsschicht ist bevorzugt über zumindest ein Konversionsplättchen ausgebildet, das auf zumindest einer der LEDs angeordnet ist. Diese Weiterbildung ist besonders bevorzugt, wenn Dünnfilm-Chips als LEDs verwendet sind, die lediglich in der Abstrahlebene emittieren. Alternativ dazu erstreckt sich die Konversionsschicht über mehrere der LEDs und/oder zwischen diesen. Insbesondere bei Verwendung der Saphir-Chips, die nicht nur die Abstrahlebene aufweisen, sondern auch randseitig Licht emittieren, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Saphir-Chips mit der Konversionsschicht vergossen sind.The conversion layer is preferably formed via at least one conversion plate, which is arranged on at least one of the LEDs. This development is particularly preferred when thin-film chips are used as LEDs that emit only in the Abstrahlebene. Alternatively, the conversion layer extends over a plurality of the LEDs and / or between them. In particular, when using the sapphire chips, which not only have the Abstrahlebene, but also emit edge light, it proves to be advantageous if the Sapphire chips are shed with the conversion layer.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist im Strahlengang zwischen der Konversionsschicht und der Streuschicht eine Klarschicht mit minimaler Absorption und minimaler Streuung angeordnet.In a preferred development, a clear layer with minimal absorption and minimal scattering is arranged in the beam path between the conversion layer and the scatter layer.

In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist im Strahlengang eine Auskoppellinse, vorzugsweise mit minimaler Absorption und/oder Streuung, angeordnet.In a further preferred development, a coupling-out lens, preferably with minimal absorption and / or scattering, is arranged in the beam path.

In einer bevorzugten Weiterbildung weisen zumindest zwei der Halbleiterlichtquellen voneinander verschiedene Farben auf. Über die eine oder die mehreren Streuschichten wird so nicht nur die Leuchtdichte vergleichmäßigt, sondern es werden zudem die verschiedenen Farben zu einer Farbe des LED-Moduls gemischt.In a preferred development, at least two of the semiconductor light sources have mutually different colors. Not only the luminance is evened out over the one or more scatter layers, but also the different colors are mixed to form a color of the LED module.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im Folgenden sollen ein herkömmliches LED-Modul anhand einer Figur und die Erfindung anhand von 11 Ausführungsbeispielen und 7 Figuren näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:In the following, a conventional LED module based on a figure and the invention with reference to 11 embodiments and 7 figures will be explained in more detail. The figures show:

1 einen Grundaufbau eines herkömmlichen LED-Moduls des Standes der Technik in einer geschnittenen Ansicht und in einer Aufsicht 1 a basic structure of a conventional LED module of the prior art in a sectional view and in a plan view

2a ein erstes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer Streuschicht in einer geschnittenen Ansicht 2a a first embodiment of an LED module with a scattering layer in a sectional view

2b ein zweites Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer Streuschicht und seitlichen Reflexionsflächen in einer geschnittenen Ansicht 2 B A second embodiment of an LED module with a scattering layer and lateral reflection surfaces in a sectional view

2c ein drittes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer Streuschicht, seitlichen Reflexionsflächen und einem Hohlraum in einer geschnittenen Ansicht 2c a third embodiment of an LED module with a litter layer, lateral reflection surfaces and a cavity in a sectional view

3a ein viertes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit einer in einer Apertur angeordneten Streuschicht 3a A fourth embodiment of an LED module with an arranged in an aperture litter layer

3b ein fünftes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der in der Apertur angeordneten Streuschicht und seitlichen Reflexionsflächen 3b a fifth embodiment of an LED module with the arranged in the aperture litter layer and lateral reflection surfaces

3c ein sechstes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der in der Apertur angeordneten Streuschicht, seitlichen Reflexionsflächen und einem Hohlraum in einer geschnittenen Ansicht 3c a sixth embodiment of an LED module with the arranged in the aperture litter layer, lateral reflection surfaces and a cavity in a sectional view

4a ein siebtes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der Streuschicht, seitlichen Reflexionsflächen und einem großen Hohlraum in einer geschnittenen Ansicht 4a A seventh embodiment of an LED module with the scattering layer, side reflection surfaces and a large cavity in a sectional view

4b ein achtes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der Streuschicht, seitlichen Reflexionsflächen, einem großen Hohlraum und einer darin angeordneten Auskoppellinse in einer geschnittenen Ansicht 4b an eighth embodiment of an LED module with the scattering layer, side reflection surfaces, a large cavity and a coupling lens arranged therein in a sectional view

4c ein neuntes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der Streuschicht, sich in Abstrahlrichtung verjüngenden seitlichen Reflexionsflächen eines großen Hohlraums in einer geschnittenen Ansicht 4c A ninth embodiment of an LED module with the scattering layer, in the beam direction tapered lateral reflection surfaces of a large cavity in a sectional view

5 ein Diagramm der Lichtausbeute pro Fläche des LED-Moduls über einen Radius der Apertur für die Ausführungsbeispiele der 2b und 3b 5 a diagram of the luminous efficacy per area of the LED module over a radius of the aperture for the embodiments of the 2 B and 3b

6 ein zehntes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der Streuschicht und mit Dünnfilm-LED-Chips in Chip-on-board-Bauweise in einer geschnittenen Ansicht 6 A tenth embodiment of an LED module with the scattering layer and with thin-film LED chips in chip-on-board construction in a sectional view

7 ein elftes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls mit der Streuschicht und mit Saphir-LED-Chips in Chip-on-board-Bauweise in einer geschnittenen Ansicht 7 an eleventh embodiment of an LED module with the scattering layer and with sapphire LED chips in chip-on-board construction in a sectional view

Bevorzugte Ausführung der ErfindungPreferred embodiment of the invention

Die Ausführungsbeispiele zeigen LED-Module, die verglichen mit ihrer eigentlichen Grundfläche nur eine kleine lichtemittierende Fläche aufweisen. Diese ist über einen Querschnitt der Apertur definiert. Somit ist die Leuchtdichte der LED-Module gegenüber LED-Modulen ohne die Apertur erhöht.The exemplary embodiments show LED modules which, compared to their actual base area, have only a small light-emitting surface. This is defined by a cross section of the aperture. Thus, the luminance of the LED modules is increased over LED modules without the aperture.

Diesen Zusammenhang zeigt insbesondere die 5, in der eine Lichtausbeute pro Fläche über einen Radius einer in Abstrahlrichtung transparenten Apertur einer Blende des LED-Moduls aufgetragen ist.This connection is shown in particular by the 5 in which a luminous efficiency per area is applied over a radius of a transparent in the emission direction of an aperture of the LED module.

Als Referenz ist darin ein LED-Modul ohne eine an einer Abstrahlseite angeordnete reflektive Schicht als dreieckiger Datenpunkt abgebildet. Deren Lichtausbeute pro Fläche ist zu 100% definiert. Da dem LED-Modul die reflektive Schicht fehlt, erstreckt sich somit die Apertur über die ganze Abstrahlseite und eine Fläche der Abstrahlseite entspricht einer kreisförmigen Apertur mit einem Radius r.As a reference, an LED module without a reflective layer arranged on a radiation side is depicted as a triangular data point. Their luminous efficacy per area is 100% defined. As the LED module lacks the reflective layer, the aperture thus extends over the entire emission side and an area of the emission side corresponds to a circular aperture with a radius r.

Für Ausführungsbeispiele der 2b und 3b ist in dem Diagramm gemäß 5 deren auf eine Fläche der Abstrahlseite bezogene Lichtausbeute pro Fläche in Abhängigkeit des Radius r der Apertur dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass die Lichtausbeute mit abnehmendem Radius r zunimmt. Über die Apertur können mit LED-Modulen somit insbesondere sehr engwinklige Spot-Anwendungen realisiert werden.For embodiments of the 2 B and 3b is in the diagram according to 5 their light output per area, based on an area of the emission side, is represented as a function of the radius r of the aperture. It can be clearly seen that the luminous efficacy increases with decreasing radius r. about The aperture can thus be realized with LED modules in particular very narrow-angle spot applications.

Eine weitere Diskussion des Diagramms gemäß 5 wird im Anschluss an die nun folgende Beschreibung von 9 Ausführungsbeispielen fortgesetzt.Another discussion of the diagram according to 5 will be continued after the following description of 9 embodiments.

Gemäß 1 links weist ein herkömmliches LED-Modul 1 des Standes der Technik eine Trägerseite 2 und eine Abstrahlseite 7 auf. An der Trägerseite 2 ist ein Träger 3 angeordnet, auf dem zur Abstrahlseite 7 weisend in Surface-Mounted-Device-Bauweise (SMD) mehrere Halbleiterlichtquellen bzw. LEDs 5 montiert sind. Die LEDs 5 gemäß 1 sind dabei als komplettes LED-Bauteil, das heißt mit Reflektor, transparentem Gehäuse etc. ausgeführt. Über den Träger 3 erstreckt sich eine erste reflektive Schicht 9. Ihr gegenüber ist an einer Blende 4 eine zweite reflektive Schicht 8 angeordnet. Die Blende weist eine Apertur bzw. Lichtaustrittsöffnung 6 auf. Von den LEDs 5 emittiertes Licht tritt entweder direkt durch die Apertur 6 nach außen, wie es beispielsweise durch einen kurzen, normal zur ersten reflektiven Schicht 9 ausgebildeten Strahl schematisch dargestellt wird, oder es erfährt eine mehrfache Reflexion zwischen den Schichten 8 und 9, was durch einen gezackten Strahl schematisch dargestellt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist lediglich ein normaler und ein gezackter Strahl zweier LEDs 5 dargestellt. Die Reflexion innerhalb des LED-Moduls ist dabei möglichst verlustfrei, indem Oberflächen der reflektiven Schichten 8, 9 hochreflektiv ausgestaltet sind.According to 1 left shows a conventional LED module 1 of the prior art, a carrier side 2 and a radiation side 7 on. At the carrier side 2 is a carrier 3 arranged on the radiating side 7 In surface-mounted device design (SMD), several semiconductor light sources or LEDs are shown 5 are mounted. The LEDs 5 according to 1 are designed as a complete LED component, that is with a reflector, transparent housing, etc. About the carrier 3 extends a first reflective layer 9 , Opposite it is at an aperture 4 a second reflective layer 8th arranged. The diaphragm has an aperture or light exit opening 6 on. From the LEDs 5 emitted light either passes directly through the aperture 6 to the outside, as for example by a short, normal to the first reflective layer 9 trained beam is shown schematically, or it undergoes a multiple reflection between the layers 8th and 9 , which is schematically represented by a jagged beam. For clarity, only a normal and a jagged beam of two LEDs 5 shown. The reflection within the LED module is as lossless as possible by surfaces of the reflective layers 8th . 9 are designed highly reflective.

1 zeigt somit, dass das Licht der auf einer großen Trägerfläche verteilten LEDs 5 lediglich durch die wesentlich kleinere Querschnittsfläche der Apertur 6 austreten kann. Auf diese Weise ist die Leuchtdichte des LED-Moduls 1 gegenüber herkömmlichen LED-Modulen ohne Blende und innerer Reflexion erhöht. 1 shows that the light of distributed on a large support surface LEDs 5 only by the much smaller cross-sectional area of the aperture 6 can escape. In this way, the luminance of the LED module 1 increased compared to conventional LED modules without aperture and internal reflection.

1 rechts zeigt eine Aufsicht des LED-Moduls 1 gemäß 1 links. Dabei ist lediglich die Blende 4 zu sehen, die von der Apertur 6 durchsetzt ist. Eine Fläche der Blende 4 in dieser Ansicht stellt etwa die Grundfläche eines herkömmlichen LED-Moduls dar. Eindrücklich ist in dieser Ansicht zu erkennen, dass das auf dieser Fläche erzeugte Licht auf die wesentlich kleinere Querschnittsfläche der Apertur 6 gebündelt wird, was die Leuchtdichteerhöhung erklärt. Für die Apertur 6, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist deren Radius r angetragen. 1 right shows a top view of the LED module 1 according to 1 Left. It is only the aperture 4 to see that from the aperture 6 is interspersed. An area of the aperture 4 In this view, for example, represents the base of a conventional LED module. Impressive in this view can be seen that the light generated on this surface on the much smaller cross-sectional area of the aperture 6 is bundled, which explains the luminance increase. For the aperture 6 which has a circular cross-section according to the first embodiment, the radius r is applied.

Auch die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen diese Merkmale und Vorteile des anhand 1 besprochenen herkömmlichen LED-Moduls auf. Abweichend davon weisen die Ausführungsbeispiele zumindest eine erfindungsgemäße Streuschicht auf. Für alle Ausführungsbeispiele ist analog zur 1 jeweils ein direkter und ein gezackter Strahl zweier LEDs 5 dargestellt. Der mehrfach innerhalb der Streuschicht umgelenkte Strahl zeigt dabei die streuende Wirkung der Streuschicht auf. Es sei darauf hingewiesen, dass die gezeigten Strahlenverläufe beispielhaft sind und davon abweichende Verläufe möglich sind. Im Folgenden werden aus Gründen der Übersichtlichkeit für ausführungsbeispielübergreifend gleichbleibende Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet.The following exemplary embodiments of the invention also have these features and advantages of the invention 1 discussed conventional LED module. Deviating from this, the exemplary embodiments have at least one scattering layer according to the invention. For all embodiments is analogous to 1 one direct and one jagged beam of two LEDs 5 shown. The multiple times deflected within the litter layer shows the scattering effect of the litter layer. It should be noted that the beam paths shown are exemplary and different courses are possible. In the following, the same reference numerals are used for reasons of clarity for cross-consistent examples.

2a zeigt ein erstes LED-Modul 101 der drei Ausführungsbeispiele der 2a bis 2c. Alle dort gezeigten LED-Module 101; 201; 301 weisen in Richtung der Abstrahlseite 7 eine an die Silikonschicht 11 angrenzende Streuschicht 10 auf. Die Streuschicht 10 besteht bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen aus transparentem Silikon mit darin angeordneten, transparenten Streupartikeln. Sie weist eine minimale, vorzugsweise keine Absorption auf, so dass kein Wellenlängenbereich des von den LEDs 5 emittierten Lichtes geschwächt wird. Sind die LEDs 5 verschiedenfarbig, so stellt die Streuschicht eine effiziente Möglichkeit dar, die verschiedenen Farben zu einer resultierenden LED-Modulfarbe zu mischen. Aber auch bei LEDs gleicher Farbe, bei denen über die Streuschicht 10 keinerlei Farbmischung erfolgen muss, erweist sich die Verwendung der Streuschicht 10 als vorteilhaft, um einen Farbort über einen Abstrahlwinkel des LED-Moduls 101; 201; 301 zu homogenisieren. 2a shows a first LED module 101 the three embodiments of the 2a to 2c , All LED modules shown there 101 ; 201 ; 301 point in the direction of the radiation side 7 one to the silicone layer 11 adjoining litter layer 10 on. The litter layer 10 consists in all embodiments shown of transparent silicone with therein arranged, transparent scattering particles. It has a minimum, preferably no absorption, so that no wavelength range of the LEDs 5 emitted light is weakened. Are the LEDs 5 different colors, the litter layer is an efficient way to mix the different colors into a resulting LED module color. But also with LEDs of the same color, in which over the litter layer 10 no color mixing must be done, proves the use of the litter layer 10 as beneficial to a color location over a beam angle of the LED module 101 ; 201 ; 301 to homogenize.

Diese beiden Effekte weisen auch alle noch folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung auf.These two effects also have all the following embodiments of the invention.

2b zeigt ein LED-Modul 201, das etwa dem vorbeschriebenen LED-Modul 101 gemäß 2a entspricht, abweichend von diesem jedoch eine zusätzliche dritte reflektive Schicht 214 aufweist, die an seitlichen Randseiten des LED-Moduls 201 angeordnet ist, bzw. sich über seitliche Innenmantelflächen einer Blende 204 erstreckt. Die Blende 204 ist dabei so ausgestaltet, dass sie auf den Träger 3, die Silikonschicht 11 und die Streuschicht 10 mit einem seitlichen Rand aufgesteckt ist. In Zusammenwirkung mit der ersten reflektiven Schicht 9 des Trägers 3 und der zweiten reflektiven Schicht der Blende 4 ist somit ein Reflexionsraum geschaffen, der als einzige Lichtaustrittsöffnung nur noch die Apertur 6 aufweist, wodurch eine Leuchtdichte weiter erhöht ist. 2 B shows an LED module 201 that about the above-described LED module 101 according to 2a but, in deviation from this, there is an additional third reflective layer 214 has, at the lateral edge sides of the LED module 201 is arranged, or via lateral inner circumferential surfaces of a panel 204 extends. The aperture 204 is designed to be on the wearer 3 , the silicone layer 11 and the litter layer 10 attached with a side edge. In cooperation with the first reflective layer 9 of the carrier 3 and the second reflective layer of the diaphragm 4 Thus, a reflection space is created, the only light exit opening only the aperture 6 has, whereby a luminance is further increased.

Ein drittes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls 301 entspricht weitgehend dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b, weist jedoch in Richtung der Abstrahlseite, angrenzend an die Streuschicht 10 zusätzlich einen mit Gas, insbesondere mit Umgebungsluft, gefüllten Raum 312 auf. Dabei sind sowohl der Träger 3, die Silikonschicht 11, die Streuschicht 10 und der Raum 312 über eine seitlich angeordnete dritte reflektive Schicht 314 begrenzt. Die Blende 304 ist ebenso auf den Träger 3, die Silikonschicht 11 und die Streuschicht 10 mit ihrem seitlichen Rand aufgesteckt. Neben der Tatsache, dass auf diese Weise auch für das LED-Modul 301 ein bis auf die Apertur 6 geschlossener Reflexionsraum geschaffen ist, ist über den Raum 312 eine Lichtmischung, wie sie bereits für verschiedenfarbige, aber auch gleichfarbige LEDs besprochen wurde, einfach.A third embodiment of an LED module 301 largely corresponds to the embodiment according to 2 B , points, however, in the direction of the emission side, adjacent to the litter layer 10 in addition a space filled with gas, in particular with ambient air 312 on. Here are both the carrier 3 , the silicone layer 11 , the litter layer 10 and the room 312 over a laterally arranged third reflective layer 314 limited. The aperture 304 is also on the carrier 3 , the silicone layer 11 and the litter layer 10 attached with its side edge. Besides the fact that in this way also for the LED module 301 one to the aperture 6 closed reflection space is created across the room 312 a light mixture, as already discussed for different colored, but also the same color LEDs, easy.

Die 3a bis 3c zeigen drei weitere Ausführungsbeispiele von LED-Modulen 401; 501; 601, bei denen eine Streuschicht 410, die ebenso wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2a bis 2c aus transparentem Silikon und darin verteilten transparenten Streukörpern besteht, in der Apertur 6 angeordnet ist. Sie weisen keine sich komplett über die Silikonschicht 11 erstreckende Streuschicht 10, wie sie in den 2a bis 2c gezeigt ist, auf. Die Streuschicht 410 weist somit eine wesentlich kleinere Grundfläche als der Träger 3 oder die Silikonschicht 11 auf. Für die Ausführungsbeispiele der 3a bis 3c ist somit die Streuung auf einen kleineren Raum begrenzt und somit weniger verlustreich. Zudem ist ein Bauraum, der ohnehin von der Apertur 6 beansprucht ist, nun gleichzeitig auch von der Streuschicht 410 eingenommen. Auf diese Weise bauen diese drei Ausführungsbeispiele gegenüber den bereits gezeigten drei und den noch zu zeigenden Ausführungsbeispielen der 4a bis 4c besonders flach.The 3a to 3c show three further embodiments of LED modules 401 ; 501 ; 601 in which a litter layer 410 , as well as in the embodiments according to the 2a to 2c made of transparent silicone and dispersed therein dispersed scattering bodies, in the aperture 6 is arranged. They do not show themselves completely over the silicone layer 11 extending litter layer 10 as they are in the 2a to 2c is shown on. The litter layer 410 thus has a much smaller footprint than the carrier 3 or the silicone layer 11 on. For the embodiments of the 3a to 3c Thus, the scatter is limited to a smaller space and thus less lossy. In addition, a space that is anyway of the aperture 6 is claimed, now also from the litter layer 410 ingested. In this way, these three embodiments build over the already shown three and the still to be shown embodiments of 4a to 4c especially flat.

Das LED-Modul 401 gemäß 3a entspricht demjenigen der 2a, weist jedoch den bereits erwähnten Unterschied auf, dass die Streuschicht 410 nicht vor sondern in der Apertur 6 angeordnet ist.The LED module 401 according to 3a corresponds to the one of 2a , however, has the difference already mentioned that the litter layer 410 not in front but in the aperture 6 is arranged.

Das LED-Modul 501 gemäß 3b entspricht demjenigen der 2b, weist jedoch den bereits erwähnten Unterschied auf, dass die Streuschicht 410 nicht vor sondern in der Apertur 6 angeordnet ist.The LED module 501 according to 3b corresponds to the one of 2 B , however, has the difference already mentioned that the litter layer 410 not in front but in the aperture 6 is arranged.

Das LED-Modul 601 gemäß 3c entspricht demjenigen der 2c, weist jedoch den bereits erwähnten Unterschied auf, dass die Streuschicht 410 nicht vor sondern in der Apertur 6 angeordnet ist.The LED module 601 according to 3c corresponds to the one of 2c , however, has the difference already mentioned that the litter layer 410 not in front but in the aperture 6 is arranged.

Eine dritte Reihe von Ausführungsbeispielen von LED-Modulen 701; 801; 901 gemäß den 4a bis 4c weist ebenso mit Gas, vorzugsweise mit Umgebungsluft gefüllte Räume 712; 912 auf. Diese weisen verglichen mit den bisher gezeigten Räumen 312; 612 des dritten und sechsten Ausführungsbeispiels in Abstrahlrichtung eine bedeutend größere Längserstreckung und damit ein bedeutend größeres Volumen auf. Über das größere Volumen wird dabei eine Streuung des von den LEDs 5 emittierten Lichtes weiter verstärkt. Allerdings nimmt eine Lichtstärke, mit der das Licht schlussendlich aus der Lichtaustrittsöffnung 6 austritt, mit zunehmender Längserstreckung des Streuvolumens 712; 812; 912 ab, da ein Verlust wie bereits erläutert mit zunehmender Streuung und innerer Reflexion zunimmt.A third series of embodiments of LED modules 701 ; 801 ; 901 according to the 4a to 4c also has gas, preferably rooms filled with ambient air 712 ; 912 on. These have compared with the spaces shown so far 312 ; 612 of the third and sixth embodiments in the emission a significantly greater longitudinal extent and thus a significantly larger volume. About the larger volume is a scattering of the LEDs 5 emitted light further amplified. However, a light intensity decreases, with which the light finally out of the light exit opening 6 exit, with increasing longitudinal extent of the scattering volume 712 ; 812 ; 912 As already explained, a loss increases with increasing scattering and internal reflection.

Das LED-Modul 701 gemäß 4a entspricht überwiegend demjenigen gemäß 2c, wobei abweichend davon lediglich der bereits erwähnte Raum 712 bedeutend größer ist. Da auch dieser von einer dritten reflektiven Schicht 714 seitlich begrenzt ist, weist somit auch diese Schicht 714 eine größere Fläche auf.The LED module 701 according to 4a corresponds predominantly to that according to 2c , deviating from only the already mentioned space 712 is significantly larger. Because of this also of a third reflective layer 714 is laterally limited, thus also has this layer 714 a larger area.

Das LED-Modul 801 gemäß 4b entspricht weitgehend demjenigen der 4a, ist jedoch um eine Auskoppellinse 816 erweitert, die an die Silikonschicht 11 angrenzt. Über die Auskoppellinse 816 wird eine Abstrahlung des von den LEDs 5 emittierten Lichtes in den Raum 712 optimiert.The LED module 801 according to 4b corresponds largely to that of 4a , however, is a decoupling lens 816 extended to the silicone layer 11 borders. About the coupling lens 816 will be a radiation of the LEDs 5 emitted light into the room 712 optimized.

Das neunte und letzte Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls 901 gemäß 4c entspricht weitgehend demjenigen gemäß 4a. Abweichend davon ist ein Raum 912, der in Abstrahlrichtung an die Silikonsschicht 11 angrenzt, hin zur Apertur 6 abschnittsweise verjüngt ausgebildet. Der Raum 912 ist dabei in einen an die Silikonschicht grenzenden etwa zylindrischen Raumabschnitt und einen daran angrenzenden etwa pyramidenstumpfförmigen Raumabschnitt unterteilt.The ninth and last embodiment of an LED module 901 according to 4c corresponds largely to that according to 4a , Deviating from this is a room 912 , which in radiation direction to the silicone layer 11 adjoins, towards the aperture 6 partially tapered formed. The space 912 is subdivided into an approximately cylindrical space section bordering the silicone layer and an approximately pyramid-frustum-shaped space section adjoining it.

Der Raum ist in Abstrahlrichtung und seitlich vollständig über entsprechend ausgebildete reflektive Schichten 908, 914 begrenzt.The space is in the emission direction and laterally completely over correspondingly formed reflective layers 908 . 914 limited.

Die reflektiven Schichten 714; 908, 914 der Ausführungsbeispiele gemäß den 4a bis 4c sind stark streuend ausgebildet.The reflective layers 714 ; 908 . 914 the embodiments according to the 4a to 4c are strongly scattered.

Des Weiteren sind alle genannten reflektiven Oberflächen hochreflektiv und weisen bevorzugt einen Reflexionsgrad von ≥ 95% auf. Dafür geeignet sind beispielsweise reflektiv beschichtete Metalle, insbesondere Aluminium, Kunststoffe oder Keramiken. Alternativ dazu kann die reflektive Oberfläche beispielsweise über feinst bearbeitete Oberflächen ausgebildet sein.Furthermore, all these reflective surfaces are highly reflective and preferably have a reflectance of ≥ 95%. Reflectively coated metals, in particular aluminum, plastics or ceramics, are suitable for this purpose. Alternatively, the reflective surface may be formed, for example, over finely machined surfaces.

Eine insbesondere für die erste reflektive Schicht bevorzugte Lösung ist, wenn diese transparent, beispielsweise als Silikonschicht ausgebildet ist und zudem reflektive Streupartikel aufweist. Hieraus kann sich der Vorteil ergeben, dass auf den in den Ausführungsbeispielen gezeigten Silikonverguss 11, der extra zum Schutz der LEDs vorgesehen ist, verzichtet werden kann. Stattdessen kann die erste reflektive Schicht als schützender Silikonverguss fungieren. Vorraussetzung hierbei ist allerdings, dass Abstrahlflächen der LEDs von der ersten reflektiven Schicht ausgespart sind. Wäre dies nicht der Fall, könnte aufgrund der Reflektivität der ersten reflektiven Schicht kein Licht emittiert werden.A preferred solution, in particular for the first reflective layer, is if it is transparent, for example formed as a silicone layer and also has reflective scattering particles. This may result in the advantage that on the silicone grout shown in the embodiments 11 , which is specially designed to protect the LEDs, can be dispensed with. Instead, the first reflective layer can act as a protective silicone encapsulant. Prerequisite here, however, is that Radiating surfaces of the LEDs are recessed from the first reflective layer. If this were not the case, no light could be emitted due to the reflectivity of the first reflective layer.

Insbesondere die Ausführungsbeispiele der 3a bis 3c, bei denen die Streuschicht 410 auf die kleine Apertur 6 beschränkt ist, ist eine Lichtmischung verschiedenfarbiger LEDs bzw. eine Homogenisierung des Farbortes über den Abstrahlwinkel besonders effizient. Dies rührt daher, dass die Lichtmischung bzw. Homogenisierung lediglich beim Durchgang durch die kleine Lichtaustrittsöffnung 6 erfolgt und damit eine Häufigkeit von Reflexionen und ein Verlust an Lichtstärke erniedrigt ist.In particular, the embodiments of the 3a to 3c in which the litter layer 410 on the small aperture 6 is limited, a light mixture of different colored LEDs or a homogenization of the color location on the emission angle is particularly efficient. This is due to the fact that the light mixture or homogenization only when passing through the small light exit opening 6 takes place and thus a frequency of reflections and a loss of light intensity is lowered.

Insbesondere bei den Ausführungsbeispielen mit den Räumen 312; 612; 712 werden bevorzugt reflektive Materialien mit mikroskopisch großer, insbesondere poröser Oberfläche zur Ausbildung der dritten reflektiven Schicht eingesetzt.In particular, in the embodiments with the rooms 312 ; 612 ; 712 For example, reflective materials with a microscopically large, in particular porous surface are used to form the third reflective layer.

Gemäß 5 entsprechen sternförmige Datenpunkte dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b. Dabei wurde der Radius r der Apertur 6 für dieses Ausführungsbeispiel zwischen 3 und 1,8 Millimetern variiert. Auffällig ist, dass eine Lichtausbeute mit abnehmendem Radius, bzw. mit kleiner werdender Apertur 6, zunimmt.According to 5 Star-shaped data points correspond to the exemplary embodiment 2 B , The radius r of the aperture became 6 for this embodiment varies between 3 and 1.8 millimeters. It is striking that a luminous efficacy with decreasing radius, or with decreasing aperture 6 , increases.

Gemäß 5 entsprechen runde Datenpunkte dem Ausführungsbeispiel gemäß 3b. Für dieses Ausführungsbeispiel wurde der Radius r der Apertur 6 zwischen 2,2 und 2,6 Millimetern variiert. Auch hier nimmt eine Lichtausbeute mit abnehmendem Radius, bzw. mit kleiner werdender Apertur 6, zu.According to 5 Round data points correspond to the embodiment according to 3b , For this embodiment, the radius r of the aperture 6 varies between 2.2 and 2.6 millimeters. Here, too, a light output decreases with decreasing radius, or with decreasing aperture 6 , too.

Gemäß der vorangegangenen Beschreibung findet die Streuung bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3a, 3b und 3c auf vergleichsweise kleinem Raum statt, was für einen gegebenen Radius r zu einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b erhöhten Lichtausbeute führt. Dies ist in 5 gut für die beiden Radien 2, 2 und 2, 6 zu erkennen, für die das Ausführungsbeispiel gemäß 3b eine um etwa 14% erhöhte Lichtausbeute gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b aufweist.According to the foregoing description, the scattering in the embodiments according to the 3a . 3b and 3c in a comparatively small space, what a given radius r to one compared to the embodiment according to 2 B increased light output leads. This is in 5 good for the two radii 2 . 2 and 2 . 6 to recognize, for the embodiment according to 3b an increased by about 14% light output over the embodiment according to 2 B having.

Abweichend vom gezeigten kreisförmigen Querschnitt der Apertur 6 kann dieser oval, rechteckig, polygonal, verrundet oder schlitzartig ausgestaltet sein. Zudem kann die Apertur an einer beliebigen Stelle der Blende angeordnet sein und ist nicht auf die in 1 gezeigte etwa mittige Anordnung festgelegt. Sie kann beispielsweise randseitig oder unmittelbar am Rand der Abstrahlseite angeordnet sein. Die Abstrahlseite kann alternativ gegen die Trägerseite angestellt oder abgewinkelt sein.Notwithstanding the illustrated circular cross-section of the aperture 6 this can be oval, rectangular, polygonal, rounded or slit-shaped. In addition, the aperture can be arranged at any point of the aperture and is not on the in 1 shown approximately centered arrangement. It may, for example, be arranged on the edge or directly on the edge of the emission side. The emission side may alternatively be made against the support side or angled.

6 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls 1001 mit LEDs 1005, die als Dünnfilm-Chips ausgestaltet sind, in einem Schnitt. Diese sind auf einem als Platine ausgestalteten Träger 1003 montiert. Die Platine weist dazu Leiterbahnen 1022 auf, auf die in der gezeigten Ansicht jeweils ein Dünnfilm-Chip gebondet ist. Dabei ist jeder der Dünnfilm-Chips jeweils über einen Bonddraht 1018 mit der Leiterbahn 1022 des jeweils benachbarten Chips elektrisch verbunden. An einer Abstrahlebene der Dünnfilm-Chips ist jeweils ein Konversions- oder Leuchtstoffplättchen, das heißt eine Konversionsschicht 1024, angeordnet. Über diese wird das vom Chip emittierte Licht in die gewünschte Farbe konvertiert. 6 shows a tenth embodiment of an LED module 1001 with LEDs 1005 , which are designed as thin-film chips, in one cut. These are on a designed as a board carrier 1003 assembled. The board has to tracks 1022 on, in the view shown in each case a thin-film chip is bonded. Each of the thin-film chips is in each case via a bonding wire 1018 with the conductor track 1022 of the respective adjacent chip electrically connected. At a Abstrahlebene of thin-film chips is in each case a conversion or phosphor lamina, that is, a conversion layer 1024 arranged. These convert the light emitted by the chip into the desired color.

Die Dünnfilm-Chips und der sie umgebende Träger 1003 sind mit einer Vergussmasse bis hin zur Abstrahlebene der Leuchtstoffplättchen vergossen. Diese Masse besteht aus an sich transparentem Silikon, in dem TiO₂-Partikel verteilt angeordnet. Eine über die Vergussmasse ausgebildete erste reflektive Schicht 1009 reflektiert somit diffus und erscheint weiß.The thin-film chips and the surrounding carrier 1003 are potted with a potting compound up to the abstract level of the phosphor tiles. This mass consists of transparent silicone, in which distributed TiO ₂ particles. A trained over the potting compound first reflective layer 1009 thus reflects diffuse and appears white.

In Abstrahlrichtung grenzt an die reflektive erste Schicht 1009 die klare Silikonschicht 11 und an diese die Streuschicht 10 gemäß der vorangegangenen Beschreibung.In the emission direction is adjacent to the reflective first layer 1009 the clear silicone layer 11 and to this the litter layer 10 according to the previous description.

An Randseiten des LED-Moduls 1001 sind Silikondämme 1020 angeordnet. Auch diese sind aus dem vorangehend beschriebenen Silikon mit TIO₂-Partikeln gebildet, wodurch über sie eine reflektive dritte Schicht 1014 gebildet ist.At the edge of the LED module 1001 are silicone dams 1020 arranged. These are also formed from the silicone described above with TIO ₂ particles, whereby they have a reflective third layer 1014 is formed.

7 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls 1101 mit LEDs 1105, die als Saphir-Chips ausgestaltet sind. Diese sind auf einem als Reflektor ausgestalteten Träger 1103 montiert. Der Reflektor übernimmt dabei keine Kontaktierungsaufgabe. Am Träger 1103 ist die erste reflektive Schicht 9 angeordnet. Die Saphir-Chips weisen jeweils zwei Vorderseitenkontakte auf. Dabei ist jeder der Saphir-Chips jeweils über einen Bonddraht 1018 mit dem in gleicher Reihe benachbart angeordneten Saphir-Chip elektrisch verbunden. 7 shows an eleventh embodiment of an LED module 1101 with LEDs 1105 , which are designed as sapphire chips. These are on a designed as a reflector carrier 1103 assembled. The reflector assumes no contacting task. On the carrier 1103 is the first reflective layer 9 arranged. The sapphire chips each have two front side contacts. Each of the sapphire chips is in each case via a bonding wire 1018 electrically connected to the adjacent in the same row sapphire chip.

Da die Saphir-Chips nicht nur in der Abstrahlebene, also in einer Hauptabstrahlrichtung, sondern auch randseitig emittieren, sind sie nicht in eine reflektive Schicht eingegossen wie dies in 6 gezeigt wurde. Stattdessen sind sie vom Träger 1103 bis über ihre Abstrahlebene 1126 hinaus mit einer Vergussmasse vergossen, über die eine Konversionsschicht 1124 ausgebildet ist. Auf diese Weise wird sowohl das von der Abstrahlebene 1126 emittierte Licht als auch das randseitig emittierte Licht konvertiert.Since the sapphire chips emit not only in the Abstrahlebene, ie in a main radiation direction, but also on the edge, they are not poured into a reflective layer as in 6 was shown. Instead, they are from the carrier 1103 beyond her level of abstraction 1126 also potted with a potting compound over which a conversion layer 1124 is trained. In this way, both of the Abstrahlebene 1126 emitted light and the edge emitted light converted.

In Abstrahlrichtung grenzt an die Konversionsschicht 1024 die klare Silikonschicht 11 und an diese die Streuschicht 10 gemäß der vorangegangenen Beschreibung.In the emission direction adjacent to the conversion layer 1024 the clear silicone layer 11 and to this the litter layer 10 according to the previous description.

Auch an den Randseiten des LED-Moduls 1101 sind die Silikondämme 1020 gemäß der vorangegangenen Beschreibung angeordnet und bilden die reflektive dritte Schicht 1014 aus.Also on the edge of the LED module 1101 are the silicone dams 1020 arranged as described above and form the reflective third layer 1014 out.

In allen Figuren erfolgt die Kontaktierung des LED-Moduls hinter und/oder vor der Betrachtungsebene und ist folglich nicht dargestellt.In all figures, the contacting of the LED module is done behind and / or in front of the viewing plane and is therefore not shown.

Auch die Ausführungsbeispiele gemäß den 2a bis 4c können mit gezeigten Dünnfilm- oder Saphir-Chips als LEDs 5 bestückt sein.Also, the embodiments according to the 2a to 4c can with shown thin-film or sapphire chips as LEDs 5 be equipped.

Der in den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 gezeigte Damm, über den die dritte reflektive Schicht ausgebildet ist, kann unabhängig vom Ausführungsbeispiel, also auch bei den Ausführungsbeispielen der 2b, 2c, 3b, 3c und 4a bis 4c Verwendung finden. In diesem Fall ist ein randseitiger, die dritte reflektive Schicht aufweisender Blendenabschnitt vom Damm ersetzt. Ebenso unabhängig vom Ausführungsbeispiel kann alternativ dazu die dritte reflektive Schicht an einem sich randseitig am LED-Modul erstreckenden Abschnitt des Trägers gebildet sein, was den Damm oder den sich randseitig erstreckenden Blendenabschnitt überflüssig macht.In the embodiments of the 6 and 7 shown dam, on which the third reflective layer is formed, regardless of the embodiment, including in the embodiments of the 2 B . 2c . 3b . 3c and 4a to 4c Find use. In this case, an edge-side diaphragm section having the third reflective layer is replaced by the dam. Likewise, independently of the exemplary embodiment, the third reflective layer may alternatively be formed on a portion of the carrier extending on the edge of the LED module, which makes the dam or the aperture section extending at the edge superfluous.

Das LED-Modul weist unabhängig vom gezeigten Ausführungsbeispiel bevorzugt zumindest 6 bis 10 LEDs bzw. Halbleiterlichtquellen auf.Independently of the embodiment shown, the LED module preferably has at least 6 to 10 LEDs or semiconductor light sources.

Offenbart ist ein LED-Modul mit einem Träger, auf dem eine Mehr- oder Vielzahl von Halbeiterlichtquellen montiert sind, und mit einer in Abstrahlrichtung angeordneten Blende mit einer von einem Strahlengang des LED-Moduls durchsetzten Apertur bzw. Lichtaustrittsöffnung. Auf einer Trägerseite und einer Blendenseite ist zudem jeweils eine nach innen reflektive Schicht angeordnet. Für eine effiziente Streuung ist im Strahlengang eine optische Streuschicht mit minimaler Absorption angeordnet.Disclosed is an LED module with a carrier on which a plurality or multiplicity of semiconductor light sources are mounted, and with an arranged in the emission direction aperture with a penetrated by a beam path of the LED module aperture or light exit opening. On a support side and an aperture side, in addition, an inwardly reflective layer is arranged in each case. For efficient scattering, an optical scattering layer with minimal absorption is arranged in the beam path.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1; 101; 201; 301; 401; 501; 601; 701; 801; 901; 1001; 11011; 101; 201; 301; 401; 501; 601; 701; 801; 901; 1001; 1101: LED-ModulLED module
22: Trägerseitesupport side
3; 1003; 11033; 1003; 1103: Trägercarrier
44: Blendecover
5; 1005; 11055; 1005; 1105: HalbleiterlichtquelleSemiconductor light source
66: Aperturaperture
77: Abstrahlseiteemission side
8; 9088th; 908: Zweite reflektive SchichtSecond reflective layer
9; 1009; 11099; 1009; 1109: Erste reflektive SchichtFirst reflective layer
10; 410; 710; 81010; 410; 710; 810: Streuschichtscattering layer
1111: Silikonschichtsilicone layer
12; 312; 612; 71212; 312; 612; 712: Raumroom
14; 214;3 14; 514; 614; 714; 914; 101414; 214; 3 14; 514; 614; 714; 914; 1014: Dritte reflektive SchichtThird reflective layer
816816: Auskoppellinseoutput lens
10181018: Bonddrahtbonding wire
10201020: Dammdam
10221022: Leiterbahnconductor path
1024; 11241024; 1124: Konversionsschichtconversion layer
11261126: Abstrahlebeneradiation plane

Claims

LED module with a carrier side ( 2 ) on which a carrier ( 3 ) with a plurality of semiconductor light sources mounted on it ( 5 ) and an approximately in a radiation direction of the semiconductor light sources ( 5 ) reflective first layer ( 9 ) are arranged, and with a radiation side ( 7 ), on the one to an interior of the LED module ( 101 ; 201 ; 301 ; 401 ; 501 ; 601 ; 701 ; 801 ; 901 ) reflective second layer ( 8th ; 908 ) and one of a beam path of the LED module penetrated aperture ( 6 ) are arranged, characterized in that in the beam path an optical scattering layer ( 10 ; 419 ; 710 ; 810 ) with minimal absorption.

LED module according to claim 1, wherein the first reflective layer ( 9 ) on the carrier side ( 2 ) with the exception of semiconductor light sources ( 5 ) and / or wherein the second reflective layer ( 8th ; 908 ) over the emission side ( 7 ) except the aperture ( 6 ).

LED module according to claim 1 or 2 with edge sides, over which a reflective to the interior third layer ( 214 ; 314 ; 514 ; 614 ; 714 ; 914 ).

LED module according to at least one of the preceding claims, wherein at least one of the reflective layers ( 8th . 9 ; 908 ; 214 ; 314 ; 514 ; 614 ; 714 ; 914 ) has a reflectance greater than 90%.

LED module according to at least one of the preceding claims, wherein the reflective second layer ( 8th ; 908 ) and the aperture ( 6 ) on a panel ( 4 ; 204 ; 304 ; 504 ; 604 ; 704 ; 904 ) are arranged.

LED module according to at least claims 3 and 5, wherein the reflective third layer ( 214 ; 314 ; 514 ; 614 ; 714 ; 914 ) at the aperture ( 204 ; 304 ; 504 ; 604 ; 704 ; 904 ) is arranged.

LED module according to at least one of the preceding claims, wherein edge sides of the carrier ( 3 ) of the aperture ( 214 ; 314 ; 514 ; 614 ; 714 ; 914 ) are encompassed.

LED module according to at least one of the preceding claims, wherein the litter layer ( 10 ; 710 ; 810 ) in the beam path in front of the aperture ( 6 ) is arranged.

LED module according to at least one of the preceding claims, wherein the litter layer ( 410 ) at least in sections in the aperture ( 6 ) is arranged.

LED module according to at least one claim relating back to claim 3, wherein in the beam path in front of the aperture ( 6 ) a gas-filled space ( 312 ; 612 ; 712 ) arranged at least in sections over the reflective third layer ( 314 ; 614 ; 714 ; 914 ) is limited.