DE102013105625A1

DE102013105625A1 - Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013105625A1
Application number: DE201310105625
Authority: DE
Inventors: Frank Singer; Wolfgang Mönch; Alexander Linkov
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement mit einer Strahlungsaustrittsfläche, wobei im Betrieb erzeugtes Licht ausschließlich durch die Strahlungsaustrittsfläche austritt, und eine Schicht, die in einem Abstand dem Halbleiterbauelement nachgeordnet ist, wobei die Schicht Bereiche erster Reflektivität und Bereiche zweiter Reflektivität aufweist, die Bereiche erster Reflektivität das Licht stärker reflektieren als die Bereiche zweiter Reflektivität, eine Reflektivität der Schicht in einer lateraler Richtung variiert, wobei die laterale Richtung parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche verläuft und die Schicht die Strahlungsaustrittsfläche in der lateralen Richtung überragt.

Description

Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine besonders kompakte und alterungsstabile Beleuchtungsvorrichtung anzugeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement. Beispielsweise kann es sich bei dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED, handeln. Das heißt, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement im Betrieb inkohärente Strahlung emittiert.
Das Licht emittierende Halbleiterbauelement umfasst eine Strahlungsaustrittsfläche, wobei im Betrieb erzeugtes Licht insbesondere ausschließlich durch die Strahlungsaustrittsfläche austritt.
Unter "ausschließlich" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass das im Betrieb erzeugte Licht nur durch die Strahlungsaustrittsfläche nach außen tritt. Das Licht kann nicht durch eine andere Fläche des Halbleiterbauelements nach außen treten. Die Strahlungsaustrittsfläche kann insbesondere zumindest Teil einer Hauptfläche des Halbleiterbauelements sein oder ist durch eine Hauptfläche des Halbleiterbauelements gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine Schicht, die dem Halbleiterbauelement in einem Abstand nachgeordnet ist, wobei die Schicht Bereiche erster Reflektivität und Bereiche zweiter Reflektivität aufweist.
Unter "Licht" ist hier und im Folgenden eine elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge beziehungsweise einer spektralen Komponente in einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bezeichnet. Der Begriff "Licht" umfasst daher insbesondere infrarote, sichtbare und/oder ultraviolette elektromagnetische Strahlung.
Unter "nachgeordnet" versteht man im vorliegenden Zusammenhang, dass die Schicht in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung, die zum Beispiel senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche verläuft, der Strahlungsaustrittsfläche nachfolgt.
Die Schicht und die Strahlungsaustrittsfläche stehen zueinander nicht im direkten Kontakt. Der Abstand kann insbesondere konstant sein. Das heißt, dass zwischen der Schicht und der Strahlungsaustrittsfläche beispielsweise ein Spalt ausgebildet sein kann. Das aus der Strahlungsaustrittsfläche austretende Licht legt zunächst eine Strecke zurück bevor das Licht auf die Schicht trifft. Die Schicht kann beispielsweise über zumindest ein Abstandselement zu der Strahlungsaustrittsfläche in einer Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist die Schicht Bereiche erster Reflektivität und Bereiche zweiter Reflektivität auf. Das Licht, das auf die Bereiche erster Reflektivität und die Bereiche zweiter Reflektivität auftrifft, wird zumindest teilweise in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche reflektiert. Die Bereiche erster Reflektivität sind im Hinblick auf ein Reflexionsvermögen von den Bereichen zweiter Reflektivität verschieden. Die Bereiche erster Reflektivität überschneiden sich mit den Bereichen zweiter Reflektivität nicht. Das heißt, die Bereiche erster Reflektivität und die Bereiche zweiter Reflektivität grenzen zum Beispiel aneinander oder sind voneinander beabstandet. Durch eine Anordnung der Bereiche erster Reflektivität und der Bereiche zweiter Reflektivität kann eine räumliche Ausdehnung der Schicht definiert sein. Beispielsweise sind die Bereiche erster und zweiter Reflektivität derart angeordnet, dass diese eine rechteckige, viereckige, kreisförmige oder ringförmige Schicht bilden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung reflektieren die Bereiche erster Reflektivität das Licht stärker als die Bereiche zweiter Reflektivität. Die Bereiche erster Reflektivität können beispielsweise reflektierende Materialien aufweisen, wohingegen die Bereiche zweiter Reflektivität frei von reflektierenden Materialien sein können. Beispielsweise wird das Licht nur an den Bereichen erster Reflektivität reflektiert, wobei das Licht an den Bereichen zweiter Reflektivität durchgelassen wird. Insbesondere kann die Reflektivität der Bereiche erster und zweiter Reflektivität über unterschiedliche Schichtdicken und/oder Materialien eingestellt sein. Ferner können die Bereiche erster Reflektivität und die Bereiche zweiter Reflektivität jeweils kreisförmig, viereckig, rechteckig, ellipsenartig, sternförmig oder kreisförmig sein. Die geometrische Form der Bereiche erster und zweiter Reflektivität können gleich oder verschieden zueinander sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung variiert eine Reflektivität der Schicht in lateraler Richtung, wobei die laterale Richtung parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche und/oder senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung verläuft. Die Reflektivität hängt unmittelbar von der Anordnung der Bereiche erster Reflektivität und der Bereiche zweiter Reflektivität ab. Je nach Verteilung, Anordnung und/oder Dichte der Bereiche erster Reflektivität und der Bereiche zweiter Reflektivität variiert die Reflektivität der Schicht in der lateralen Richtung. Im vorliegenden Zusammenhang kann das Wort "Dichte" insbesondere durch das Wort "Flächendichte" ersetzt werden. Die Reflektivität der Schicht in der lateralen Richtung kann also zum Beispiel durch eine lokale Variation der Dichte der Bereiche erster und zweiter Reflektivität eingestellt werden. Je größer der Flächenanteil der ersten Bereiche in einem Abschnitt der Schicht ist, desto größer ist die Reflektivität der Schicht in diesem Abschnitt. Durch die Verteilung, die Anordnung und/oder die Dichte der Bereiche erster und zweiter Reflektivität kann somit eine Lichtstärkeverteilung der Beleuchtungsvorrichtung eingestellt werden. Beispielsweise wäre die Reflektivität in der lateralen Richtung konstant, wenn die Schicht nur Bereiche erster Reflektivität aufweisen würde.
Die Lichtstärkenverteilung des Lichts, das durch die Schicht nach außen tritt, hängt von der Reflektivität der Schicht ab. Die Lichtstärkeverteilung des Lichts wird durch die Bereiche erster Reflektivität und Bereiche zweiter Reflektivität bestimmt. Das heißt, dass die Lichtstärkeverteilung des Lichts von der Verteilung, der Anordnung und/oder der Dichte der Bereiche erster Reflektivität und der Bereiche zweiter Reflektivität abhängt. Je größer die Reflektivität eines Bereichs, desto weniger Licht kann an diesem Bereich austreten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung überragt die Schicht die Strahlungsaustrittsfläche in der lateralen Richtung. Die Schicht ist in der lateralen Richtung größer ausgebildet als die Strahlungsaustrittsfläche. Eine direkte Projektion der Strahlungsaustrittsfläche auf die Ebene der Schicht ist kleiner als die Schicht und die laterale Ausdehnung der Schicht schließt beispielsweise an keiner Stelle bündig mit der Strahlungsaustrittsfläche ab. Durch eine laterale Ausdehnung der Schicht kann eine maximale Ausdehnung der Beleuchtungsvorrichtung bestimmt sein. Beispielsweise befindet sich in einer Draufsicht die Strahlungsaustrittsfläche im Zentrum der Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement mit einer Strahlungsaustrittsfläche, wobei im Betrieb erzeugtes Licht ausschließlich durch die Strahlungsaustrittsfläche austritt. Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Schicht, die dem Halbleiterelement in einem Abstand nachgeordnet ist, wobei die Schicht Bereiche erster Reflektivität und Bereiche zweiter Reflektivität aufweist, die Bereiche erster Reflektivität das Licht stärker reflektieren als die Bereiche zweiter Reflektivität, eine Reflektivität der Schicht in einer lateralen Richtung variiert, wobei die laterale Richtung parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche und/oder senkrecht zu der Hauptabstrahlrichtung verläuft und die Schicht die Strahlungsaustrittsfläche in der lateralen Richtung überragt.
Zur Erzeugung einer Lichtstärkeverteilung können Beleuchtungsvorrichtungen mit einer Linsenvorrichtung eingesetzt werden. Dazu können zum Beispiel Linsen auf ein Licht erzeugendes Halbleiterbauelement angeordnet, gesteckt und/oder aufgeklebt werden. Die geometrischen Abmessungen dieser optischen Vorrichtungen haben zum Beispiel eine Höhe von bis zu 6 mm und einen Durchmesser von bis zu 15 mm. Diese Art von Linsen sind somit zum Einsatz für besonders flache Bauteile nicht geeignet, da ihre geometrischen Abmessungen bereits einer platzsparenden Bauweise nicht entgegenkommen.
Die hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung macht unter anderem von der Idee Gebrauch, durch Einsatz einer dünnen Schicht mit einem Bereich erster Reflektivität und einem Bereich zweiter Reflektivität ein im Betrieb erzeugtes Licht zu reflektieren beziehungsweise durchzulassen. Beispielsweise sind nur die Bereiche zweiter Reflektivität zum Durchlassen des Lichts vorgesehen, wohingegen die Bereiche erster Reflektivität das Licht reflektieren. Somit lässt sich eine Lichtstärkeverteilung durch eine besonders dünne Schicht steuern und es können Beleuchtungsvorrichtungen besonders platzsparend hergestellt werden. Durch die einfache Geometrie und die eingesetzten Materialien der hier beschriebenen Schicht ist die Beleuchtungsvorrichtung besonders alterungsstabil und kann beispielsweise als Hintergrundbeleuchtung in besonders flachen Bildschirmen eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und der Schicht ein Träger angeordnet. Mit anderen Worten kann der Abstand oder der Spalt zwischen der Schicht und der Strahlungsaustrittsfläche durch den Träger überbrückt werden. Der Träger kann beispielsweise ein UV-resistentes Material umfassen oder aus einem UV-resistenten Material bestehen. Der Träger kann beispielsweise Glas umfassen oder aus Glas bestehen. Glas ist besonderes strahlungsresistent und altert im Gegensatz zu polymeren Werkstoffen besonders langsam. Der Träger kann mit der Strahlungsaustrittsfläche und/oder der Schicht in direktem Kontakt stehen. Der Träger kann aber auch über ein Verbindungsmittel beispielsweise Epoxid oder Silikon mit der Strahlungsaustrittsfläche und/oder der Schicht verbunden sein. Der Träger kann beispielsweise selbsttragend und vorgefertigt sein. Das heißt, der Träger benötigt kein weiteres stabilisierendes Element. Beispielsweise kann der Träger ein Glasplättchen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist die Schicht an einer ersten Hauptfläche des Trägers zumindest stellenweise angeordnet und die erste Hauptfläche liegt einer der Strahlungsaustrittsfläche zugewandten zweiten Hauptfläche des Trägers gegenüber. Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen der Schicht und der Strahlungsaustrittsfläche durch eine Dicke des Trägers vorgegeben beziehungsweise kann durch die Dicke des Trägers eingestellt werden. Die Schicht kann auf die erste Hauptfläche durch physikalische und/oder chemische Verfahren auf den Träger abgeschieden, bedampft und/oder aufgesputtert werden. Ferner können insbesondere fotolithographische Strukturierungsverfahren zur Ausbildung der Schicht auf der ersten Hauptfläche eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung beträgt eine vertikale Ausdehnung, also die Dicke, des Trägers höchstens 1 mm und eine vertikale Ausdehnung der Schicht, also die Dicke der Schicht, höchstens 200 nm, wobei die vertikale Ausdehnung senkrecht zu der lateralen Richtung verläuft. Das heißt, dass die vertikale Ausdehnung der Schicht im Vergleich zu der vertikalen Ausdehnung des Trägers vernachlässigbar klein ist. Hinsichtlich einer Dickenangabe einer Vorrichtung umfassend die Schicht und den Träger ist die Dicke des Trägers maßgeblich. Mit anderen Worten wird im Gegensatz zu einer konventionellen Linse die Lichtstärkeverteilung der Beleuchtungsvorrichtung nicht durch die geometrische Form der Linse bestimmt, sondern ist durch die Anordnung und/oder Dichte der Bereiche erster und zweiter Reflektivität vorgegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die Bereiche erster Reflektivität mit einem reflektierenden Metall beschichtet und die Bereiche zweiter Reflektivität sind frei von dem reflektierenden Metall. Das heißt, dass die Bereiche zweiter Reflektivität beispielsweise durch die erste Hauptfläche des Trägers vorgegeben sein können und die Bereiche erster Reflektivität auf der ersten Hauptfläche das reflektierende Metall umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst das reflektierende Metall Ag, Al und/oder Au. Ferner können insbesondere Metalllegierungen aus zumindest einem der hier genannten reflektierenden Metalle insbesondere für die Bereiche erster Reflektivität eingesetzt werden. Ferner kann es Bereiche dritter oder vierter Reflektivität geben, wobei eine Abstufung der Reflektivität durch Verwendung unterschiedlich gut reflektierender Metalle erreicht werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist auf der Schicht zumindest stellenweise eine weitere Schicht in der Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet, wobei die weitere Schicht die Bereiche erster Reflektivität vor äußeren Einflüssen schützt und die Bereiche zweiter Reflektivität optisch entspiegelt. Die weitere Schicht kann beispielsweise als Monolage in der Hauptabstrahlrichtung der Schicht nachgeordnet sein. Die weitere Schicht kann durchgehend ausgebildet sein.
Mit anderen Worten wird unter der weiteren Schicht eine Antireflexionsbeschichtung verstanden. Die Antireflexionsbeschichtung kann durch Beschichtungsmethoden der Dünnschichttechnik erfolgen. Beispielsweise kann die physikalische Gasphasenabscheidung, wie thermisches Verdampfen und Sputterdeposition, eingesetzt werden. Durch die weitere Schicht kann insbesondere einer vorzeitigen Oxidation des reflektierenden Metalls entgegengewirkt werden. Durch die optische Entspiegelung kann die Reflexion unterdrückt und die Transmission der Schicht erhöht werden. Beispielsweise umfasst die Antireflexionsbeschichtung TiO₂, TaO, Al₂O₃ und/oder SiO₂. Ferner kann die Antireflexionsbeschichtung auch Polymere, beispielsweise Parylene, umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die Bereiche erster Reflektivität und die Bereiche zweiter Reflektivität derart angeordnet, dass die Reflektivität im Zentrum der Schicht am höchsten ist, wobei sich das Zentrum der Schicht gegenüber der Strahlungsaustrittsfläche befindet und die Reflektivität in der lateralen Richtung abnimmt. Beispielsweise kann in einer Draufsicht der Schicht das Zentrum eine direkte Projektion der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauelements sein. Die direkte Projektion der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauelements auf die Schicht, kann das Zentrum der Schicht umfassen, wobei das Zentrum der geometrischen Schwerpunkt der Schicht ist. Ist die Strahlungsaustrittsfläche beispielsweise rechteckig, so befindet sich das Zentrum im Bereich des geometrischen Schwerpunkts der Schicht. Ausgehend von dem Zentrum nimmt beispielsweise die Dichte der Bereiche erster Reflektivität ab beziehungsweise nimmt die Dichte der Bereiche zweiter Reflektivität zu. Mit anderen Worten nimmt ein gemittelter Flächeninhalt über die Bereiche erster Reflektivität an der ersten Hauptfläche der Schicht ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind die Bereiche erster Reflektivität und die Bereiche zweiter Reflektivität derart angeordnet, dass die Reflektivität in der lateralen Richtung der Schicht linear und/oder graduell abnimmt oder zunimmt. Fährt man beispielsweise in der lateralen Richtung die Schicht ab, so wechseln sich die Bereiche erster und zweiter Reflektivität ab. Die Bereiche erster und zweiter Reflektivität können entlang der lateralen Richtung abwechselnd angeordnet sein, wobei die Ausdehnung der Bereiche erster und zweiter Reflektivität entlang der lateralen Richtung variieren kann. Je größer der Anteil der Bereiche erster Reflektivität dann ist, desto größer ist die Reflektivität gemittelt entlang der abgefahrenen Strecke.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung nimmt die Reflektivität der Schicht radialsymmetrisch ab oder zu und die Reflektivität ist entlang einer Kreislinie im Rahmen der Herstellungstoleranz konstant. Das heißt, dass die Schicht in einer Draufsicht beispielsweise die Form eines Kreisringes hat. Die Dichteverteilung der Bereiche erster Reflektivität ist dabei entlang einer Kreislinie gleichbleibend, wobei eine Größe der Bereiche erster Reflektivität beispielsweise zum Kreismittelpunkt hin abnehmen oder konstant sein kann und die übrigen Bereiche der Kreisfläche die Bereiche zweiter Reflektivität sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst das Licht emittierende Halbleiterbauelement einen Halbleiterchip und ein dem Halbleiterchip nachgeordnetes Konversionselement. Der Halbleiterchip kann insbesondere auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren und erzeugt insbesondere im Betrieb Primärstrahlung. Im vorliegenden Zusammenhang kann es sich bei der Primärstrahlung beispielsweise um blaues Licht handeln. Das Konversionselement ist an einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips derart nachgeordnet, dass die Primärstrahlung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips im Konversionselement absorbiert und das Konversionselement Sekundärstrahlung emittiert. Bei der Sekundärstrahlung kann es sich insbesondere um weißes Licht handeln.
Unter "Sekundärstrahlung" wird das Licht verstanden, das durch die Strahlungsaustrittsfläche des Licht emittierenden Halbleiterbauelements nach außen tritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung bildet die dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche des Konversionselements die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauelements. Das heißt, dass das Konversionselement beispielsweise zumindest teilweise mit dem Träger in Kontakt stehen kann. Die Sekundärstrahlung tritt somit ausschließlich über den Träger auf die Schicht und dann nach außen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weisen dem Träger abgewandte Flächen des Licht emittierenden Halbleiterbauelements eine reflektierende Umhüllung auf. Die reflektierende Umhüllung grenzt in der lateralen Richtung an Außenflächen des Halbleiterchips und des Konversionselements. Das heißt, dass die in lateraler Richtung austretende Primärstrahlung und Sekundärstrahlung in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche reflektiert werden. Die reflektierende Umhüllung kann reflektierende Partikel aus mindestens einem der folgenden Materialien umfassen: TiO₂, ZrO₂, ZnO, Al₂O₃, BaSO₄, MgO, Ta₂O₅, HfO₂, Gd₂O₃, Nb₂O₃, Y₂O₃.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung grenzt die reflektierende Umhüllung in der Hauptabstrahlrichtung an die zweite Hauptfläche des Trägers und schließt in lateraler Richtung bündig mit zumindest einer Seitenfläche des Trägers ab, wobei die zumindest eine Seitenfläche die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche miteinander verbindet, und das Licht zumindest stellenweise durch die Schicht und die Seitenflächen der Träger nach außen tritt. Die Seitenfläche des Trägers kann im vorliegenden Zusammenhang unabhängig von der geometrischen Form des Trägers die Gesamtheit aller Seitenflächen, die nicht die erste Hauptfläche oder die zweite Hauptfläche des Trägers ist, umfassen. Die Seitenfläche verläuft dabei insbesondere schräg oder senkrecht zu der ersten Hauptfläche sowie zu der zweiten Hauptfläche des Trägers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umfasst das Licht emittierende Halbleiterbauelement ein Gehäuse. Das Gehäuse kann beispielsweise ein reflektierendes und/oder ein lichtdurchlässiges Material umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung sind in dem Gehäuse der Halbleiterchip sowie das Konversionselement angeordnet, wobei das Konversionselement dem Halbleiterchip in der Hauptabstrahlrichtung zumindest stellenweise nachgeordnet ist. Das Gehäuse weist beispielsweise eine Kavität auf, in der der Halbleiterchip und das Konversionselement angeordnet und das Konversionselement eine Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips zumindest stellenweise bedeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung umgeben reflektierende Innenwandflächen des Gehäuses in der lateralen Richtung den Halbleiterchip sowie das Konversionselement vollständig. Die reflektierenden Innenwandflächen können mit einem reflektierenden Material besprüht oder beschichtet sein. Die Innenwandflächen können beispielsweise zueinander schräge Teilflächen umfassen, die einzelnen Teilflächen reflektieren das auftreffende Licht in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche des Licht emittierenden Halbleiterbauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung bildet die dem Halbeiterchip abgewandte Oberfläche des Konversionselements die Strahlungsaustrittsfläche und das Gehäuse schließt in der Hauptabstrahlrichtung mit der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauelements bündig ab. Mit anderen Worten bildet die Strahlungsaustrittsfläche des Konversionselements mit Oberkanten des Gehäuses eine gemeinsame durchgehende Montagefläche für den Träger. Der Träger mit der Schicht kann auf die Montagefläche angeordnet werden. Der Träger mit der Schicht überragt die Montagefläche in der lateralen Richtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung grenzt an dem Träger abgewandten Außenwandflächen des Gehäuses in der lateralen Richtung die reflektierende Umhüllung, wobei die reflektierende Umhüllung zu der zweiten Hauptfläche des Trägers beabstandet ist und die reflektierende Umhüllung in der lateralen Richtung mit der zumindest einen Seitenfläche des Trägers bündig abschließt. Das heißt, dass beispielsweise ein Spalt zwischen der reflektierenden Umhüllung und der zweiten Hauptfläche des Trägers vorhanden ist. Der Spalt kann mit Luft oder einem anderen strahlungsdurchlässigen, klarsichtigen oder transparenten Material gefüllt sein. Mit anderen Worten tritt das an der Schicht reflektierte Licht aus dem Träger und wird an der reflektierenden Umhüllung in die Hauptabstrahlrichtung reflektiert. Das reflektierte Licht beziehungsweise die reflektierte Sekundärstrahlung kann dann beispielsweise durch die Bereiche zweiter Reflektivität und/oder der Seitenfläche des Trägers nach außen treten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist der Halbleiterchip auf einer Bodenfläche des Gehäuses angeordnet. Die in dem Gehäuse ausgebildete Kavität kann insbesondere durch die Bodenfläche begrenzt sein. Die Bodenfläche kann eben ausgebildet und reflektierend sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist der Halbleiterchip zu den reflektierenden Innenwandflächen einen Abstand auf und das Konversionselement umgibt den Halbleiterchip formschlüssig. Beispielsweise kann der Halbleiterchip mittig auf der Bodenfläche des Gehäuses angeordnet sein. Das heißt, der Halbleiterchip weist zu allen Innenwandflächen den gleichen Abstand auf. Der Halbleiterchip kann mit dem Konversionselement vergossen sein. Das Konversionselement steht dann mit allen freiliegenden Außenflächen des Halbleiterchips im direkten Kontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung weist die zumindest eine Seitenfläche des Trägers Spuren eines mechanischen Trennverfahrens auf. Beispielsweise kann der Träger ein Teilsegment einer vorgefertigten strukturierten Glasplatte sein. Die Teilsegmente weisen die Schicht mit den Bereichen erster Reflektivität und den Bereichen der zweiten Reflektivität auf. Diese Teilsegmente können aus der Glasplatte herausgetrennt und auf die Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauelements angeordnet werden. Bei der Trennung entstehen dann die Spuren, die auf das mechanische Trennverfahren schließen lassen.
Im Folgenden wird die hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung anhand von Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1, 2 und 3 zeigen anhand von unterschiedlichen schematischen Draufsichten von hier beschriebenen Schichten, die in Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen Verwendung finden.
Die 4 zeigt eine Lichtstärkeverteilung einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung basierend auf der in 1 gezeigten Schicht.
Die 5 zeigt drei alternative graphische Kurvenverläufe hinsichtlich einer Dichteverteilung von Bereichen erster Reflektivität und zweiter Reflektivität von hier beschriebenen Schichten, die in Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen Verwendung finden.
Die 6 und 7 zeigen anhand von schematischen Schnittdarstellungen Ausführungsbeispiele einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung.
In 1 ist anhand einer Draufsicht eine schematische Darstellung einer hier beschriebenen Schicht 1 gezeigt. 1 zeigt Bereiche erster Reflektivität 2 und Bereiche zweiter Reflektivität 3. Die Bereiche erster Reflektivität 2 und die Bereiche zweiter Reflektivität 3 sind derart angeordnet, dass eine Reflektivität 4 im Zentrum 9 der Schicht 1 am höchsten ist. Die Reflektivität 4 nimmt ausgehend von dem Zentrum 9 entlang einer Längseite der Schicht 1 graduell ab. Die Längsseite verläuft parallel zu der lateralen Richtung L. Das heißt, dass eine Anzahl der Bereiche erster Reflektivität 2 und eine Anzahl der Bereiche zweiter Reflektivität 3 stufenweise abnehmen. Die Bereiche erster Reflektivität 2 sind mit einem reflektierenden Metall 20 beschichtet und die Bereiche zweiter Reflektivität 3 sind frei von dem reflektierenden Metall 20. Die Reflektivität 4 ist im Zentrum 9 der Schicht 1 am höchsten. Die Bereiche erster Reflektivität 2 und die Bereiche zweiter Reflektivität 3 haben in der Draufsicht eine viereckige Geometrie und sind beispielsweise als Rechtecke ausgeführt.
In der 2 ist eine Draufsicht der Schicht 1 wie in 1 gezeigt mit dem Unterschied, dass die Bereiche erster Reflektivität 2 und die Bereiche zweiter Reflektivität 3 derart angeordnet sind, dass die Reflektivität 4 in der lateralen Richtung L der Schicht 1 nur in einer Richtung graduell abnimmt oder zunimmt. In der 2 ist kein Zentrum 9 ausgebildet und die Reflektivität 4 nimmt linear beziehungsweise stufenweise in der lateralen Richtung ab oder zu.
In der 3 ist anhand einer Draufsicht eine runde Schicht 1 gezeigt. Die Bereiche erster Reflektivität 2 sind radialsymmetrisch angeordnet, wobei die Reflektivität 4 entlang einer Kreislinie 21 konstant ist. Die Bereiche erster Reflektivität 2 haben eine sternförmige Geometrie. Die Bereiche zweiter Reflektivität 3 sind durch die materialfreien Bereiche der Kreisfläche beziehungsweise der Schicht 1 angegeben.
Die 4 zeigt eine Lichtstärkeverteilung I_v einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung 100 basierend auf der in 1 gezeigten Schicht 1. In der 4 ist eine sogenannte Batwing-Lichtstärkeverteilung gezeigt, die auf die Verteilung der Bereiche erster Reflektivität 2 und zweiter Reflektivität 3, wie bereits zu 1 ausgeführt worden ist, der Schicht 1 zurückzuführen ist. Die Reflektivität 4 ist im Zentrum 9 der Schicht 1 am höchsten. Der Kurvenverlauf der Lichtstärkeverteilung I_v nimmt entsprechend der Dichteverteilung der Schicht 1 ausgehend vom Zentrum 9 in der lateralen Richtung L zu. Die Reflektivität 4 nimmt somit ausgehend von dem Zentrum 9 entlang einer Längseite der Schicht 1 graduell ab. Die Längsseite verläuft parallel zu der lateralen Richtung L. An den Seitenflächen der Schicht 1, die in der lateralen Richtung dem Zentrum 9 gegenüber liegen nimmt der Kurvenverlauf der Lichtstärkeverteilung I_v wiederum ab, so dass sich wie in 4 gezeigt die Batwing-Lichtstärkeverteilung ergibt.
In der 5 sind alternative schematische Möglichkeiten zur Dichteverteilung der Bereiche erster Reflektivität und zweiter Reflektivität anhand von Kurven A, B und C gezeigt. Die Kurven A, B und C zeigen ausgehend von dem Zentrum 9 in lateraler Richtung L unterschiedliche Dichteverteilungen der Bereiche erster Reflektivität 2 und der Bereiche zweiter Reflektivität 3: graduell (Kurve A), stetig (Kurve B) oder linear (Kurve C). Die in der 4 gezeigte Lichtstärkeverteilung hängt beispielsweise von der funktionalen Dichteverteilung wie in der 5 gezeigt ab.
In der 6 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung 100 gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung 100 umfasst zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement 10 mit einer Strahlungsaustrittsfläche 11, wobei im Betrieb erzeugtes Licht ausschließlich durch die Strahlungsaustrittsfläche 11 austritt. Dem Licht emittierenden Halbleiterbauelement 10 ist in einem Abstand ein Träger 5 nachgeordnet. Der Träger 5 weist eine erste Hauptfläche 6 sowie eine der ersten Hauptfläche 6 abgewandte und der Strahlungsaustrittsfläche 11 zugewandte zweite Hauptfläche 7 auf. Die erste Hauptfläche 6 ist über eine Seitenfläche 17 mit der zweiten Hauptfläche 7 verbunden.
Auf der ersten Hauptfläche 6 des Trägers 5 ist die Schicht 1 wie bereits in 1 gezeigt angeordnet. Der Träger 5 weist eine vertikale Ausdehnung D1 auf und die Schicht 1 weist eine vertikale Ausdehnung D2 auf. Die vertikale Ausdehnung D1 kann 1 mm und die vertikale Ausdehnung D1 kann 200 nm betragen. In der Hauptabstrahlrichtung S ist der Schicht 1 eine weitere Schicht 8 nachgeordnet. Die weitere Schicht 8 kann beispielsweise eine Antireflexionsschicht sein. Die Schicht 8 grenzt dabei an die Schicht 1 an. Die weitere Schicht 8 schützt die Bereiche erster Reflektivität 2 vor äußeren Einflüssen und entspiegelt die Bereiche zweiter Reflektivität 3 optisch. Das Licht, das das lichtemittierende Halbleiterbauelement 10 in Hauptabstrahlrichtung S verlässt, wird an den Bereichen erster Reflektivität 2 stärker reflektiert als an den Bereichen zweiter Reflektivität 3. Das Licht kann durch die Schicht 1 und/oder durch die Seitenfläche 17 des Trägers 5 die Beleuchtungsvorrichtung 100 nach außen verlassen. Die Schicht 1 überragt in der lateralen Richtung L die Strahlungsaustrittsfläche 11.
Die Beleuchtungsvorrichtung 100 der 6 zeigt einen Halbleiterchip 12 und ein dem Halbleiterchip 12 nachgeordnetes Konverterelement 13. Halbleiterchip 12 und Konverterelement 13 sind integrale Bestandteile des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 10. Die dem Halbleiterchip 12 abgewandte Oberfläche 14 des Konversionselements 13 bildet die Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterbauelements 10. Durch die Strahlungsaustrittsfläche 11 tritt dann ausschließlich Sekundärstrahlung des Konversionselements 13 aus, wobei im Halbleiterchip 12 Primärstrahlung erzeugt wird. Auf dem Träger 5 abgewandten Flächen 15 des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 10 grenzt eine reflektierende Umhüllung 16 an. Die reflektierende Umhüllung 16 grenzt in der Hauptabstrahlrichtung S an die zweite Hauptfläche 7 des Trägers 5 an. Die reflektierende Umhüllung 16 schließt mit der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Halbleiterbauelements 10 bündig in der Hauptabstrahlrichtung S ab. Die reflektierende Umhüllung 16 schließt in der lateralen Richtung L bündig mit der Seitenfläche 17 des Trägers 5 ab. Die reflektierende Umhüllung 16 reflektiert das im Betrieb des Licht emittierenden Halbleiterbauelements 10 erzeugte Licht in Richtung des Halbleiterchips 12 oder des Konverterelements 13, so dass das Licht ausschließlich durch die Strahlungsaustrittsfläche 11 das Halbleiterbauelement 10 verlässt. Des Weiteren reflektiert die reflektierende Umhüllung 16 das an der Schicht 1 reflektierte Licht wiederum in Richtung der Schicht 1 oder in Richtung der Seitenfläche 17. Mit anderen Worten kann das in der Beleuchtungsvorrichtung 100 erzeugte Licht ausschließlich in Richtung der Hauptabstrahlrichtung S nach außen treten. Das entgegengesetzt zur Hauptabstrahlrichtung S reflektierte Licht wird an der Schicht 1 wiederum durch die reflektierende Umhüllung 16 reflektiert.
In der 7 ist anhand einer schematischen Schnittdarstellung die in 6 gezeigte Beleuchtungsvorrichtung 100 gezeigt mit dem Unterschied, dass das Licht emittierende Halbleiterbauelement 10 ein Gehäuse umfasst. Das Gehäuse 18 weist dabei zumindest eine reflektierende Innenwandfläche 19 auf. Das Gehäuse 18 umfasst ferner eine Bodenfläche 23. Der Halbleiterchip ist auf der Bodenfläche 23 des Gehäuses 18 angeordnet. Das Konversionselement 13 umgibt den Halbleiterchip 12 formschlüssig und ist in Hauptabstrahlrichtung S dem Halbleiterchip 12 zumindest stellenweise nachgeordnet. Das heißt, dass der Halbleiterchip 12 mit dem Konversionselement 13 vergossen ist.
Die reflektierende Innenwandfläche 19 des Gehäuses 18 umgibt in der lateralen Richtung L den Halbleiterchip 12 sowie das Konverterelement 13 vollständig. Die dem Halbleiterchip 12 abgewandte Oberfläche des Konverterelements 13 bildet die Strahlungsaustrittsfläche 11 und das Gehäuse 18 schließt in der Hauptabstrahlrichtung S mit der Strahlungsaustrittsfläche 11 bündig ab. An dem Träger abgewandte Außenflächen 22 des Gehäuses 18 sind mit der reflektierenden Umhüllung 16 in der lateralen Richtung L umgeben, wobei die reflektierende Umhüllung 16 zu der zweiten Hauptfläche 7 des Trägers 5 beabstandet ist und die reflektierende Umhüllung 16 in der lateralen Richtung mit der zumindest einen Seitenfläche 17 des Trägers 5 bündig abschließt. Das heißt, dass zwischen der zweiten Hauptfläche 7 des Trägers 5 und der reflektierenden Umhüllung 16 der 7 ein Spalt ausgebildet ist.
Das Licht, das an der reflektierenden Schicht 1 in Richtung der zweiten Hauptfläche 7 reflektiert wird, tritt zunächst durch die zweite Hauptfläche 7 nach außen auf und trifft dann auf die zur zweiten Hauptfläche 7 beabstandete reflektierende Umhüllung 16. Das auf die reflektierende Umhüllung auftreffende Licht wird dann wiederum in die Hauptabstrahlrichtung S reflektiert. Wie in 6 tritt auch in 7 das Licht der Beleuchtungsvorrichtung 100 ausschließlich durch die Schicht 1 und/oder Seitenfläche 17 des Trägers 5 nach außen. Des Weiteren umfasst das Licht emittierende Halbleiterbauelement 10 einen Vorrichtungsträger 24, auf dem die reflektierende Umhüllung 16 und das Gehäuse 18 mit dem Halbleiterchip 12 und dem Konversionselement 13 angeordnet sind.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Beleuchtungsvorrichtung (100), umfassend – zumindest ein Licht emittierendes Halbleiterbauelement (10) mit einer Strahlungsaustrittsfläche (11), wobei im Betrieb erzeugtes Licht ausschließlich durch die Strahlungsaustrittsfläche (11) austritt, – eine Schicht (1), die dem Halbleiterbauelement (10) in einem Abstand nachgeordnet ist, wobei – die Schicht (1) Bereiche erster Reflektivität (2) und Bereiche zweiter Reflektivität (3) aufweist, – die Bereiche erster Reflektivität (2) das Licht stärker reflektieren als die Bereiche zweiter Reflektivität (3), – eine Reflektivität (4) der Schicht in einer lateraler Richtung (L) variiert, wobei die laterale Richtung (L) parallel zu der Strahlungsaustrittsfläche (11) verläuft und – die Schicht (1) die Strahlungsaustrittsfläche (11) in der lateralen Richtung (L) überragt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der – zwischen der Strahlungsaustrittsfläche (11) und der Schicht (1) ein Träger (5) angeordnet ist, – die Schicht (1) an einer ersten Hauptfläche (6) des Trägers (5) zumindest stellenweise angeordnet ist, – die erste Hauptfläche (6) einer der Strahlungsaustrittsfläche (11) zugewandten zweiten Hauptfläche (7) des Trägers (5) gegenüberliegt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – eine vertikale Ausdehnung (D1) des Trägers (5) höchstens 1 mm und eine vertikale Ausdehnung (D2) der Schicht (1) höchstens 200 nm beträgt, wobei die vertikalen Ausdehnungen (D1, D2) senkrecht zu der lateralen Richtung (L) verlaufen.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – die Bereiche erster Reflektivität (2) mit einem reflektierenden Metall (20) beschichtet sind und – die Bereiche zweiter Reflektivität (3) frei von dem reflektierenden Metall (20) sind.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, bei der – das reflektierende Metall (20) Ag, Al und/oder Au umfasst.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – auf der Schicht (1) zumindest stellenweise eine weitere Schicht (8) in einer Hauptabstrahlrichtung (S) nachgeordnet ist, die weitere Schicht (8) die Bereiche erster Reflektivität (2) vor äußeren Einflüssen schützt und die Bereiche zweiter Reflektivität (3) optisch entspiegelt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – die Bereiche erster Reflektivität (2) und die Bereiche zweiter Reflektivität (3) derart angeordnet sind, dass die Reflektivität (4) im Zentrum (9) der Schicht (1) am höchsten ist, wobei sich das Zentrum (9) der Schicht (1) gegenüber der Strahlungsaustrittsfläche (11) befindet und die Reflektivität (4) in der lateralen Richtung (L) abnimmt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – die Bereiche erster Reflektivität (2) und die Bereiche zweiter Reflektivität (3) derart angeordnet sind, dass die Reflektivität (4) in der lateralen Richtung (L) der Schicht (1) linear und/oder graduell abnimmt oder zunimmt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – die Reflektivität (4) der Schicht (1) radialsymmetrisch abnimmt oder zunimmt und die Reflektivität (4) entlang einer Kreislinie (21) im Rahmen der Herstellungstoleranz konstant ist.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – das Licht emittierende Halbleiterbauelement (10) einen Halbleiterchip (12) und ein dem Halbleiterchip (12) nachgeordnetes Konversionselement (13) umfasst, – die dem Halbleiterchip (12) abgewandte Oberfläche (14) des Konversionselements (13) die Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterbauelements (10) bildet und – dem Träger (5) abgewandte Flächen (15) des Licht emittierenden Halbleiterbauelements (10) eine reflektierende Umhüllung (16) aufweisen, – die reflektierende Umhüllung (16) in der Hauptabstrahlrichtung (S) an die zweite Hauptfläche (7) des Trägers (5) grenzt, – in der lateralen Richtung (L) bündig mit zumindest einer Seitenfläche (17) des Trägers (5) abschließt, wobei – die zumindest eine Seitenfläche (17) die erste Hauptfläche (6) und die zweite Hauptfläche (7) des Trägers (5) miteinander verbindet und – das Licht zumindest stellenweise durch die Schicht (1) und die Seitenflächen (17) des Trägers (5) nach außen tritt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der – das Licht emittierende Halbleiterbauelement (10) ein Gehäuse (18) umfasst, – der Halbleiterchip (12) sowie das Konversionselement (13) in dem Gehäuse (18) angeordnet sind, wobei – das Konversionselement (13) dem Halbleiterchip (12) in der Hauptabstrahlrichtung (S) zumindest stellenweise nachgeordnet ist, – reflektierende Innenwandflächen (19) des Gehäuses (18) in der lateralen Richtung (L) den Halbleiterchip (12) sowie das Konversionselement (13) vollständig umgeben, – die dem Halbeiterchip (12) abgewandte Oberfläche des Konversionselements (13) die Strahlungsaustrittsfläche (11) bildet, – das Gehäuse (18) in der Hauptabstrahlrichtung (S) mit der Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterbauelements (10) bündig abschließt und – an dem Träger abgewandte Außenwandflächen (22) des Gehäuses (18) in der lateralen Richtung (L) die reflektierende Umhüllung (16) grenzt, wobei – die reflektierende Umhüllung (16) zu der zweiten Hauptfläche (7) des Trägers (5) beabstandet ist und – die reflektierende Umhüllung (16) in der lateralen Richtung (L) mit der zumindest einen Seitenfläche (17) des Trägers (5) bündig abschließt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 11, bei der – der Halbleiterchip (12) auf einer Bodenfläche (23) des Gehäuses (18) angeordnet ist, – der Halbleiterchip (12) zu den reflektierenden Innenwandflächen (19) beabstandet ist und – das Konversionselement (13) den Halbleiterchip (12) formschlüssig umgibt.
Beleuchtungsvorrichtung (100) nach Anspruch 10 oder 11, bei der – die zumindest eine Seitenfläche (17) des Trägers (5) Spuren eines mechanischen Trennverfahrens aufweist.