DE102013112498A1 - Leuchtvorrichtungen von lichtemittierenden Dioden und deren Betriebsverfahren - Google Patents

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Abstract

Es sind eine Beleuchtungsvorrichtung und ihr Betriebsverfahren offenbart. Eine offenbarte Beleuchtungsvorrichtung weist auf: einen blauen Leuchtdiodenchip, einen roten Leuchtdiodenchip, eine elektrische Verbindungsstruktur, die den blauen Leuchtdiodenchip und den roten Leuchtdiodenchip verbindet, und die eine korrelierte Farbtemperatur TN hat. Ein offenbartes Betriebsverfahren einer Beleuchtungsvorrichtung weist jeweils das Betreiben einer blauen Leuchtdiode, die ein erstes Farblicht mit einer verbrauchten elektrischen Energie WB emittiert und das Betreiben eines roten Leuchtdiodenchips auf, der ein zweites Farblicht mit einer verbrauchten elektrischen Energie WR emittiert. Dann ist die korrelierte Farbtemperatur der Beleuchtungsvorrichtung ca. TN, und ein Energieverhältnis RW, das Verhältnis von WB über WR, ist ca. zwischen 7,67·ln(TN) – 56,6 und 5,01·ln(TN) – 37,2.

Description

  • Diese Anmeldung beansprucht eine Priorität einer zuvor eingereichten TW Patentanmeldung Nr. 101142570 , die am 14. Nov. 2012 eingereicht wurde, die als „Leuchtvorrichtungen und Betriebsverfahren bezüglich Leuchtdioden” betitelt ist, und wobei deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gänze einbezogen wird.
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Leuchtdiode und insbesondere auf eine Leuchtvorrichtung mit einem hohen Farbwiedergabeindex (CRI) unter Verwendung einer Leuchtdiode und entsprechender Betriebsverfahren.
  • Die Leuchtdiode (LED) ist eine Lichtquelle, die aus Halbleitern gemacht ist. Da die LED die Charakteristik einer langen Betriebslebensdauer, niedrigem Energieverbrauch und niedrigem Gewicht haben, ersetzen die LED schrittweise traditionelle Beleuchtungsteile, wie z. B. Glühlampen. Die Lichtfarben, die durch die LED emittiert werden, werden durch das Halbleitermaterial bestimmt, das verwendet wird, um die LED herzustellen.
  • Manche Halbleitermaterialien von LED sind Legierungen der Gruppen III–V, wie z. B. Gallium-Nitrid (GaN). Im Allgemeinen werden die Legierungen während dem Herstellungsprozess epitaktisch als Schicht auf ein Substrat aufgebracht, das aus Siliziumcarbid oder auf Saphir-Basis gemacht ist. Die Legierungen können mit p-Typ oder n-Typ Beimengungen dotiert werden, um die elektrischen Eigenschaften einzustellen. Die LED, die auf GaN basiert, emittiert ein Licht, mit einer Farbe, die nahe dem Ultravioletten (UV) oder dem Blauen in einem Lichtspektrum ist.
  • Die Leuchtstoffschicht ist auf der LED für die Beleuchtungsanwendung aufgetragen. Der Leuchtstoff ist ein fotolumineszierendes Material, das auf einem Teil des Lichtspektrums eine elektromagnetische Welle absorbiert und auf einem anderen Teil des Lichtspektrums eine andere elektromagnetische Welle emittiert. Wenn die LED von einer Leuchtstoffschicht bedeckt ist, wird das von der LED emittierte Licht, das nicht durch die Leuchtstoffschicht absorbiert wird und ein Licht, das von der Leuchtstoffschicht emittiert wird, daher zu einem Licht vermischt, das eine gewünschte Farbe und Helligkeit hat.
  • Wenn man weißes Licht als Beispiel nimmt, beinhaltet die LED, die weißes Licht emittiert eine Blau-Licht-LED, die eine lichtemittierende Schicht hat, die aus InGaN gemacht ist, die durch eine Leuchtstoffschicht bedeckt ist, die einen Teil des blauen Lichts, das von der Blau-Licht-LED emittiert wird, in gelbes Licht oder gelb-grünes Licht wandelt. Wenn die Weiß-Licht-LED eingeschaltet ist, wandelt der Halbleiter in der Blau-Licht-LED die elektrische Energie in ein blaues Licht (oder UV-Licht) und ein Teil davon wird durch den Leuchtstoff absorbiert und wird gelb-grünes Licht (oder gelbes Licht). Da das gelbe Licht oder gelbgrüne Licht im Wesentlichen die komplementäre Farbe des blauen Lichts ist, wird die Kombination des gelben Lichts und des blauen Licht im menschlichen Auge als weißes Licht angesehen. Es ist wichtig, einige Charakteristika einer weißen Lichtquelle, wie z. B. die korrelierte Farbtemperatur (CCT) und der Farbwiedergabeindex (CRI) zu betrachten, um darzustellen, wie ähnlich das Licht ist, das durch die weiße Lichtquelle emittiert wird, wenn es mit einem Licht in der Natur verglichen wird.
  • Die Farbtemperatur wird durch die Kelvin-Skala (°K) angegeben, welche die Farbe eines idealen schwarzen Körpers bei dieser Farbtemperatur angibt. Im Allgemeinen kommt eine Glühlampe im Lichtspektrum nahe an einen idealen schwarzen Körper heran. Während eine Glühlampe bis auf 2000°K erhitzt wird, wird ein rotes Licht emittiert. Mit einem Ansteigen der Temperatur, ändert sich das Licht von orange-rot schrittweise zu gelb. Bei 5000°K ist das Licht im Wesentlichen ein weißes Licht. Bei 8000°K ist das Licht im Wesentlichen ein blaues Licht. Einfach gesprochen: je höher die Temperatur ist, desto größer ist der Blauanteil, den das Licht hat; je niedriger die Temperatur ist, desto größer ist der Rotanteil, den das Licht hat. Weil viele Lichtspektren von künstlichen Lichtquellen nicht dieselben sind wie das Lichtspektrum des idealen schwarzen Körpers, werden die korrelierten Farbtemperaturen (CCT) verwendet, um ihre Farbtemperatur darzustellen. Wenn eine künstliche Lichtquelle ein Licht emittiert, das eine Kombination von Farben hat, die einer Kombination von Licht ähnlich ist, das von einem idealen schwarzen Körper bei einer Farbtemperatur emittiert wird, wird die CCT der künstlichen Lichtquelle als die Farbtemperatur des Lichts definiert, die durch die künstliche Lichtquelle emittiert wird. Viele Verfahren werden verwendet, um eine CCT eines weißen Lichts aufgrund seiner Farbartkoordinaten oder seines Farborts zu schätzen. Auch wenn die Verfahren verschieden sind, ist der Unterschied der geschätzten CCTs klein.
  • Im Allgemeinen ist eine Definition des CRI die Leistung von acht ausgewählten Farben, die durch eine weiße Lichtquelle abgestrahlt werden. Ein höchster CRI-Wert einer weißen Lichtquelle ist 100, wenn die acht Farben vollständig reproduziert werden. Der niedrigere CRI gibt eine größere Verzerrung an, die auftritt, wenn die acht Farben durch diese weiße Lichtquelle abgestrahlt werden. Es gibt eine andere CRI-Definition, die vierzehn Farben zur Bewertung verwendet. In dieser Beschreibung bezieht sich der CRI im Allgemeinen auf die Definitionen, die oben beschrieben wurden oder auf jegliche Ergebnisse von ähnlichen Definitionen.
  • Eine bekannte Weiß-Licht-LED setzt eine Kombination einer blauen Leuchtdiode ein, die eine Spitzen-Wellenlänge von ca. 440 nm bis 480 nm hat und eines YAG Leuchtstoffs, das aus Cer dotiertem Yttrium-Aluminium besteht. Das YAG Leuchtstoff wandelt einen Teil des blauen Lichts in gelb-grünes Licht. Eine Lichtkombination aus blauem Licht und gelbgrünem Licht wird im menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen.
  • Unlängst war es schwierig für die Weiß-Licht-LED, einen gewünschten CRI und eine gewünschte CCT zu erreichen. Da das Licht, das durch die Weiß-Licht-LED emittiert wird, üblicherweise zwei Spitzen in einem Lichtspektrum hat, das jeweils nahe dem blauen Licht und dem gelb-grünem Licht ist, und ein rotes Licht fehlt, das eine niedrigere Wellenlänge hat, wobei der CRI und die CCT eingestellt werden müssen. Daher ist es schwierig, die CCT einer oben erwähnten Weiß-Licht-LED auf unter 5000°K zu verringern, und der CRI ist normalerweise geringer als 75.
  • Ein Verfahren, um die CCT zu verringern und den CRI einer weißen LED zu erhöhen ist es, den Aufbau des Leuchtstoffs zu ändern. Zum Beispiel hat die Leuchtstoffschicht mindestens zwei Leuchtstoffe: eines ist ein YAG Leuchtstoff, der verwendet wird, um gelb-grünes Licht zu erzeugen, und ein anderer Leuchtstoff wird verwendet, um rotes Licht zu erzeugen. Dann hat die Weiß-Licht-LED zwei Frequenzspitzen eines Spektrums jeweils nahe dem blauen Licht, dem gelb-grünem Licht und dem roten Licht. Eine gewünschte CCT und ein CRI werden durch das Einstellen der Verhältnisse und der Spitzenwerte der Spitzen erreicht. Aber die Energieübergangseffizienz des Leuchtstoffs, der ein rotes Licht erzeugt, ist gering und die Lichtemittiereffizienz der Weiß-Licht-LED wird verringert.
  • Eine Ausführungsform der Anmeldung offenbart eine Leuchtvorrichtung, die umfasst: einen blauen Leuchtdiodenchip, einen roten Leuchtdiodenchip, und eine elektrische Verbindungsstruktur. Der blaue und der rote Leuchtdiodenchip sind in der Lage, jeweils ein erstes und ein zweites Farblicht zu emittieren. Die elektrische Verbindungsstruktur ist dazu angepasst, den blauen und den roten Leuchtdiodenchip elektrisch zu verbinden und zu beleuchten. Wenn sie leuchten, verbrauchen der blaue und der rote Leuchtdiodenchip jeweils die elektrischen Energien WB und WR, und die korrelierte Farbtemperatur ist ca. TN. Das Energieverhältnis RW, das Verhältnis von WB über WR ist ca. zwischen 7,67·ln(TN) – 56,6 und 5,01·ln(TN) – 37,2.
  • 1 zeigt eine Weiß-Licht-LED gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild der Weiß-Licht-LED, die in 1 gezeigt ist.
  • 3 zeigt eine Querschnitts-Ansicht der Weiß-Licht-LED, die in 1 gezeigt ist.
  • 4 zeigt eine Leuchtdiode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 5 zeigt ein Verhältnis zwischen der korrelierten Farbtemperatur TN und dem Energieeffizienzverhältnis RW.
  • 6 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 7 zeigt eine blaue Leuchtdiode und eine rote Leuchtdiode, die in verschiedenen Ebenen angeordnet sind.
  • 8 zeigt eine weiße Leuchtdiode mehreren optischen Linsen.
  • Um die Offenbarung besser und kurz zu erklären, sollten der gleiche Name oder das gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Abschnitten oder Figuren dieser Beschreibung angegeben sind oder auftauchen, die gleiche oder die äquivalente Bedeutung haben, wenn sie einmal irgendwo in der Offenbarung definiert sind.
  • Im Folgenden ist die Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung übereinstimmend mit den Zeichnungen gezeigt.
  • 1 offenbart eine Weiß-Licht-LED 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Weiß-Licht-LED 10 kann eine Leiterplatten (COB – Circuit On Board) Paket sein, das aufweist: ein Submount 12, einen Gleichrichter 31, vier Leuchtdiodenchips 32a–32d, eine Filterkapazität 34, einen Strombegrenzungswiderstand 36, ein Bonding-Pad 38 und eine elektrische Verbindungsstruktur. Die elektrische Verbindungsstruktur hat einen Bonddraht 37 und Leiterbahnen 39 auf dem Submount 12. 2 zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild der Weiß-Licht-LED 10, die in 1 gezeigt ist.
  • Hochspannungsversorgungsenergie kann in einem alternierenden Modus von z. B. 110 ACV oder 120 ACV von dem Bonding-Pad 38 auf dem Submount 12 für die Weiß-Licht-LED 10 bereitgestellt werden. Der Gleichrichter 31, der ein Brückengleichrichter sein kann, ist auf dem Submount 12 befestigt, um die Hochspannungsversorgungsenergie in einem alternierenden Modus in eine direkte Stromquelle zu wandeln. Der Strombegrenzungswiderstand 36 wird verwendet, um die Strommenge zu beschränken, die durch die Weiß-Licht-LED 10 fließt. Die Filterkapazität 34 wird verwendet, um den Spannungsdurchtritt der zwei Ausgänge des Gleichrichters 31 zu regulieren, um eine stabile Spannung an die Leuchtdiodenchips bereitzustellen. Die Leuchtdiodenchips 32a–32d sind auf dem Submount 12 platziert und ein Bonddraht 37 ist konfiguriert, die Leuchtdiodenchips 32a–32d zu verbinden, um eine seriell geschaltete Struktur zu bilden und wobei der Strom, der durch die Leuchtdiodenchips hindurchtritt, die gleiche Menge sein kann. Mindestens einer der Leuchtdiodenchips 32a–32d ist ein roter Leuchtdiodenchip und der Rest der Leuchtdiodenchips sind blaue Leuchtdiodenchips. Durch die elektrische Verbindungsstruktur kann die direkte Stromquelle auf der Filterkapazität 34 zum Emittieren eines Lichts für die Leuchtdiodenchips 32a–32d bereitgestellt werden.
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht der Weiß-Licht-LED 10, die in 1 gezeigt ist. Das Submount 12 kann ein Keramiksubstrat mit einem guten thermischen Wärmeleitkoeffizienten sein, das durch Prozesse hergestellt sein kann, wie z. B. einen Dickschichtprozess, Niedrigtemperatur-Co-Fired-Keramik(LTCC)-Prozess und einen Dünnschichtprozess. Die Metallstreifen 29 können durch einen Schaltungsdruckprozess oder einen Lithographieprozess auf dem Submount gebildet sein. In dieser Ausführungsform sind ein blauer Leuchtdiodenchip 20 und ein roter Leuchtdiodenchip 22 in einer der Ausnehmungen 13 auf dem Submount 12 platziert. In dieser Ausführungsform ist der blaue Leuchtdiodenchip eine Leuchtdiode, die ein erstes Licht emittiert, das eine Hauptwellenlänge zwischen 430 nm und 480 nm hat; ist der rote Leuchtdiodenchip eine andere Leuchtdiode, die ein zweites Licht emittiert, das eine Hauptwellenlänge zwischen 600 nm und 660 nm hat. Eine Leuchtstoffschicht 24 ist auf dem blauen Leuchtdiodenchip 20 gebildet. Die Leuchtstoffschicht 24 wird durch das erste Licht angeregt, das von dem blauen Leuchtdiodenchip 20 emittiert wird, wie z. B. blaues Licht oder ultraviolettes Licht, um ein drittes Licht mit einer Hauptwellenlänge zwischen 540 nm und 590 nm zu emittieren, wie z. B. gelbes Licht oder gelb-grünes Licht. In einer Ausführungsform, die in 3 offenbart ist, ist die Leuchtstoffschicht 24 nicht auf dem roten Leuchtdiodenchip 22 gebildet. Transparentes oder transluzentes Harz 18 versiegelt den blauen Leuchtdiodenchip 20 und den roten Leuchtdiodenchip 22 in der Ausnehmung 13. Das Harz 18 kann auch als optische Linse konfiguriert sein, um den Strahlungswinkel des Lichts zu steuern. In einem anderen Beispiel können die Leuchtstoffpartikel im Wesentlichen einheitlich in dem Harz 18 verteilt sein, um den blauen Leuchtdiodenchip 20 und den roten Leuchtdiodenchip 22 zu bedecken. Eine reflektierende Schicht 15 ist in der Ausnehmung 13 gebildet, um das Licht zu reflektieren, das durch den blauen Leuchtdiodenchip 20 und den roten Leuchtdiodenchip 22 in einer Richtung zu der reflektierenden Schicht 15 hin emittiert wird, um die Helligkeit in einer Richtung zu dem Harz 18 hin zu erhöhen. Der blaue Leuchtdiodenchip 20 und der rote Leuchtdiodenchip 22 sind durch den Bonddraht 26 miteinander verbunden, der aus Gold oder Kupfer gemacht ist. Der Bonddraht 26 liefert auch eine elektrische Verbindung zwischen dem Submount 12 und dem blauen Leuchtdiodenchip 20 und dem roten Leuchtdiodenchip 22. Die elektrische Einheit 14 kann ein Gleichrichter, ein Widerstand oder eine Kapazität sein, die zwischen zwei Metallleitungen 29 gebildet ist. Manche der Metallleitungen 29 funktionieren als Bonding-Pads 28, die als Eingangsknoten mit Hochspannungsversorgungsenergie in einem alternierenden Modus konfiguriert sind.
  • 4 zeigt einen Leuchtdiodenchip 40, der einer der Leuchtdiodenchips 32a–32d sein kann, die in 1 gezeigt sind. Das Substrat 42 kann ein Saphirsubstrat sein und eine Mehrzahl von LED-Einheiten 44, Leiterbahnen 46 und Bonding-Pads 48 sind darauf gebildet. Die LED-Einheiten 44 können als Array auf dem Substrat 42 angeordnet sein und Licht mit Lichtspektren emittieren, die einander im Wesentlichen gleich sind. Jede LED-Einheit 44 hat eine Emittierschnittstelle 50, und ein Halbleitermaterial, das aus der LED-Einheit 44 besteht, bestimmt die Farbe jeder LED-Einheit 44. Z. B. wird AlGaInP für eine rote LED-Einheit verwendet, und InGaN wird für ein grüne, blaue, violette und ultra-violette LED-Einheit verwendet. Die LED-Einheiten 44 sind über die Leiterbahnen 46 miteinander verbunden und die Leiterbahnen 46 verbinden auch die LED-Einheiten 44 und den Bonding-Pads 48 elektrisch.
  • 5 zeigt ein Verhältnis zwischen der korrelierten Farbtemperatur TN und dem Energieeffizienzverhältnis RW der Weiß-Licht-LED 10, die in 1 gezeigt ist, wobei die korrelierte Farbtemperatur TN über die Kelvin-Skala (°K) ausgewertet wird. In dieser Beschreibung repräsentiert das Energieeffizienzverhältnis RW ein Verhältnis der gesamten Energieeffizienz aller blauen Leuchtdiodenchips (angenommen WB zu sein) in einer Weiß-Licht-LED zu einer gesamten Energieeffizienz aller roten Leuchtdiodenchips (angenommen WR zu sein) in einer Weiß-Licht-LED, d. h. RW = WB/WR. In 5 sind Linie 60 (Stern), Linie 61 (Diamant) und Linie 62 (Quadrat) die gemessenen Ergebnisse von drei weißen LED gemäß den Ausführungsformen dieser Anmeldung. In dieser Ausführungsform ist die Lichtemittiereffizienz EFB der blauen Leuchtdiode definiert als der Lichtstrom des blauen Lichts pro Energieeinheit. Die Lichtemittiereffizienz EFW einer blauen Leuchtdiode ist definiert als der Lichtstrom einer Lichtmischung pro Energieeinheit, wobei die Lichtmischung aus einem blauen Licht (erstes Licht) und einem gelb-grünen Licht (drittes Licht) besteht, das durch die Leuchtstoffschicht erzeugt wird. Die Lichtemittiereffizienz EFR der roten Leuchtdiode ist definiert als der Lichtstrom des roten Lichts (zweites Licht) pro Energieeinheit. Das Verhältnis der Lichtemittiereffizienz ist durch ein Verhältnis bestimmt zwischen der Lichtemittiereffizienz EFW und der Lichtemittiereffizienz EFR. Die Verhältnisse der Lichtemittiereffizienz (EFW/EFR), die in 5 gemessen sind, sind 0,8 (Linie 60), 1 (Linie 61) und 1,2 (Linie 62). Die Linie 60 repräsentiert RW = 7,67·ln(TN) – 56,6; die Linie 62 repräsentiert RW = 5,01·ln(TN) – 37,2. Der schraffierte Bereich 64 ist zwischen der Linie 60 und der Linie 62 angeordnet. Gemäß der gewünschten korrelierten Temperatur TN (oder dem Energieeffizienzverhältnis RW), aufgrund der Linien 61, 62 und 63, ist das Energieeffizienzverhältnis RW (oder die korrelierte Temperatur TN) eingestellt, um innerhalb dem schraffierten Bereich 64 zu liegen und der CRI der Weiß-Licht-LED 10 kann größer als 85 sein.
  • Wenn ein Beleuchtungssystem ausgebildet ist, eine gewünschte korrelierte Farbtemperatur bereitzustellen, wird die Anzahl der blauen Leuchtdiodenchips und der roten Leuchtdiodenchips aufgrund von 5 bestimmt. Z. B. weist ein blauer Leuchtdiodenchip zwölf blaue LED-Einheiten auf und jede der blauen LED-Einheiten hat eine Durchlassbetriebsspannung VF von ca. 3,1 Volt, und ein roter Leuchtdiodenchip weist sechs rote LED-Einheiten auf und jede der roten LED-Einheiten hat eine Durchlassbetriebsspannung VF von ca. 2 Volt. Daher hat jeder blaue Leuchtdiodenchip eine Durchlassbetriebsspannung von ca. 37,2 Volt (37,2 V = 3,1 V·12) und jeder rote Leuchtdiodenchip hat eine Durchlassbetriebsspannung von ca. 12 Volt (12 V = 2 V·6). Gemäß 5 sollte, wenn die gewünschte korrelierte Farbtemperatur TN 4000°K ist, das Effizienzverhältnis RW zwischen 7,015 und 4,353 liegen. Dann sind fünf blaue Leuchtdiodenchips mit drei roten Leuchtdiodenchips in Serie geschaltet, um ein Energieeffizienzverhältnis RW von ca. 5,16 (5,16 = (37,2·5)/(12·3)) und eine Durchlassbetriebsspannung von ca. 222 V (222 = 37,2·5 + 12·3) bereitzustellen, die im Allgemeinen an eine Versorgungsspannung angepasst ist, in einem alternierenden Modus von 220 V oder 240 V zur Anwendung der Beleuchtung und die eine korrelierte Temperatur von 4000°K mit hohem CRI erreicht.
  • Obwohl alle LED-Einheiten in der Ausführungsform in 2 in Serie geschaltet sind, ist die Anmeldung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Anmeldung, wobei die blauen Leuchtdiodeneinheiten 70 in Serie geschaltet sind, um durch eine feste Stromquelle 66 betrieben zu werden, und die roten Leuchtdiodeneinheiten 72 sind in Serie geschaltet, um durch eine feste Stromquelle 68 betrieben zu werden. Die blauen Leuchtdiodeneinheiten 70 und die roten Leuchtdiodeneinheiten 72 sind auf einem Submount platziert, um durch Metallleitungen oder Bonddrähte auf dem Submount eine serielle Schaltungsstruktur oder eine parallele Schaltungsstruktur zu bilden. Die feste Stromquelle 66 und die feste Stromquelle 68 bringen das Energieeffizienzverhältnis RW der blauen Leuchtdiodeneinheiten 70 zu den roten Leuchtdiodeneinheiten 72 dazu, in dem schraffierten Bereich 64 in 5 angeordnet zu sein, um eine gewünschte korrelierte Temperatur und CRI zu erhalten. Alle blauen Leuchtdiodeneinheiten 70 können in einem blauen Leuchtdiodenchip gebildet sein oder getrennt in verschiedenen blauen Leuchtdiodenchips gebildet sein. Ebenso können alle roten Leuchtdiodeneinheiten 72 in einem roten Leuchtdiodenchip gebildet sein oder getrennt in verschiedenen roten Leuchtdiodenchips gebildet sein. In der Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, sind die blauen Leuchtdiodeneinheiten 70 und die roten Leuchtdiodeneinheiten 72 parallel geschaltet. Weil die Ströme durch die blauen Leuchtdiodeneinheiten 70 hindurchtritt und der Strom durch die roten Leuchtdiodeneinheiten 72 hindurchtritt, unabhängig sind, wird die gewünschte korrelierte Farbtemperatur durch genaues Einstellen der Anzahl von Dioden und der Menge der festen Stromquellen erhalten, um das Energieeffizienzverhältnis RW innerhalb des schraffierten Bereichs 62 einzustellen.
  • In einer Ausführungsform dieser Anmeldung werden das blaue Licht (erstes Licht), das durch die blaue Leuchtdiode emittiert wird und das gelb-grüne Licht (drittes Licht), das durch die Leuchtstoffschicht emittiert wird, vermischt, um Weiß-Licht zu sein. Die Lichtemittiereffizienz EFW ist zwischen 100 und 200 Leuchtdichte pro Watt, und die Lichtemittiereffizienz EFR ist zwischen 100 und 200 Leuchtdichte pro Watt. Die Betriebstemperatur des Submounts der weißen LED liegt zwischen 60 und 100°C. In einer Ausführungsform sind die Effizienz EFR und die Effizienz EFW beide größer als 100 Leuchtdichte pro Watt.
  • In einer Ausführungsform gemäß dieser Anmeldung weist die Leuchtstoffschicht, die ein blaues Licht von einem blauen Leuchtdiodenchip in ein gelbes Licht oder ein gelb-grünes Licht wandelt, mindestens ein Element auf, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, Pr, Nd, Dy, Er, Ho, Y, Ce und Al. Die Leuchtstoffschicht kann ein Leuchtstoffmaterial mit einer chemische Zusammensetzung oder Leuchtstoffmaterialien mit zwei oder mehr chemischen Zusammensetzungen aufweisen.
  • Der blaue Leuchtdiodenchip 20 und der rote Leuchtdiodenchip 22 in 3 sind auf dem Submount 12 in derselben horizontalen Ebene fixiert, aber die Anmeldung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. In der Ausführungsform in 7 sind der blaue Leuchtdiodenchip und der rote Leuchtdiodenchip 22 in zwei verschiedenen horizontalen Ebenen platziert. Der Abstand zwischen dem roten Leuchtdiodenchip 22 und dem Submount 12 ist größer als der Abstand zwischen dem blauen Leuchtdiodenchip 20 und dem Submount. Die Form des Lichts, das durch eine Leuchtvorrichtung emittiert wird, kann durch das Einstellen der Positionen des blauen Leuchtdiodenchips 20 und des roten Leuchtdiodenchips 22 geändert werden.
  • Die Anmeldung ist nicht auf die Ausführungsformen in 3 beschränkt, worin die Leuchtdiodenchips nur durch eine optische Linse bedeckt sind. In einer anderen Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Linsen jeweils auf den Leuchtdiodenchips angeordnet.
  • Es wird für den Fachmann ersichtlich sein, dass viele Modifikationen und Variationen bezüglich der Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Offenbarung gemacht werden können, ohne vom Umfang und Geist dieser Offenbarung abzuweichen. Angesichts des Vorangehenden, ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung Modifikationen und Variationen dieser Offenbarung abdeckt, für den Fall, dass sie unter den Umfang der folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • TW 101142570 [0001]

Claims (10)

  1. Beleuchtungsvorrichtung, die aufweist: – einen blauen Leuchtdiodenchip, der ein erstes Licht emittiert; – einen roten Leuchtdiodenchip, der ein zweites Licht emittiert; und – eine elektrische Verbindungsstruktur, die den blauen Leuchtdiodenchip und den roten Leuchtdiodenchip verbindet; wobei der blaue Leuchtdiodenchip eine erste Energie WB verbraucht, während er ein erstes Licht emittiert und der rote Leuchtdiodenchip eine zweite elektrische Energie WR verbraucht, während er ein zweites Licht emittiert, wobei eine entsprechende Farbtemperatur der Beleuchtungsvorrichtung TN ist, und ein Energieverhältnis RW der ersten Energie WB zu der zweiten Energie WR ca. zwischen 7,67·ln(TN) – 56,6 und 5,01·ln(TN) – 37,2 ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste Licht ein blaues Licht oder ultraviolettes Licht ist.
  3. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Leuchtstoffschicht aufweist, die optisch mit dem blauen Leuchtdiodenchip gekoppelt ist und durch das erste Licht angeregt wird, ein drittes Licht zu emittieren.
  4. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Leuchtstoffschicht den blauen Leuchtdiodenchip und den roten Leuchtdiodenchip bedeckt.
  5. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Leuchtstoffschicht den blauen Leuchtdiodenchip bedeckt, aber nicht den roten Leuchtdiodenchip bedeckt.
  6. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Leuchtstoffschicht zwei Leuchtstoffmaterialien aufweist, die eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung haben.
  7. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das erste Licht und das dritte Licht vermischt werden, um ein weißes Licht zu sein und die Effizienzen des zweiten Lichts und des weißen Lichts beide größer sind als 100 lm/Watt.
  8. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Submount aufweist, wobei der blaue Leuchtdiodenchip und der rote Leuchtdiodenchip in derselben horizontalen Ebene auf dem Submount befestigt sind.
  9. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner ein Submount aufweist, wobei der blaue Leuchtdiodenchip und der rote Leuchtdiodenchip in verschiedenen horizontalen Ebenen auf dem Submount befestigt sind.
  10. Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei ein Abstand zwischen dem Submount und dem roten Leuchtdiodenchip größer ist als der zwischen dem Submount und dem blauen Leuchtdiodenchip.
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