DE102015224434A1

DE102015224434A1 - Lichtemittierende Baugruppe und Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe

Info

Publication number: DE102015224434A1
Application number: DE102015224434.2A
Authority: DE
Inventors: Farhang Ghasemi Afshar
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2017-06-08
Also published as: WO2017097454A1; US10541267B2; US20180337215A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine lichtemittierende Baugruppe bereitgestellt. Die lichtemittierende Baugruppe weist auf: ein Substrat (22); erste lichtemittierende Bauelemente (31), die auf dem Substrat (22) entlang einer ersten Linie angeordnet sind und erstes Licht einer ersten Farbe emittieren; zweite lichtemittierende Bauelemente (33), die auf dem Substrat (22) entlang einer zweiten Linie angeordnet sind und zweites Licht einer zweiten Farbe emittieren, wobei die erste Linie lateral neben der zweiten Linie verläuft; und mehrere Lichtwellenleiter (44) zur Lichtleitung, die über den lichtemittierenden Bauelementen (31, 33) angeordnet sind, sich in Richtung von der ersten Linie zu der zweiten Linie erstrecken und die die erste Linie und die zweite Linie kreuzen.

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Baugruppe und ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe.
Bei einer herkömmlichen lichtemittierenden Baugruppe, beispielsweise einer Leuchtdiodenanordnung, sind mehrere LEDs auf einem Substrat angeordnet und mit elektrischen Leitungen, die auf dem Substrat ausgebildet sind elektrisch verbunden. Die LEDs können elektrisch parallel und/oder elektrisch in Reihe geschaltet sein. Beispielsweise können die LEDs einer Gruppe von LEDs elektrisch in Reihe geschaltet sein, die LEDs einer anderen Gruppe von LEDs können elektrisch in Reihe geschaltet sein und die beiden Gruppen können elektrisch parallel geschaltet sein. Die LEDs können baugleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Gruppe von LEDs oberflächenemittierende Leuchtioden aufweisen, die typischerweise einen elektrischen Kontakt an ihrer Oberseite und einen elektrischen Kontakt an ihrer Unterseite aufweisen, und eine andere Gruppe von LEDs kann volumenemittierende Leuchtdioden aufweisen, die typischerweise beide elektrischen Kontakte auf ihrer Oberseite aufweisen. Ferner kann eine Gruppe von LEDs blaues Licht emittierende Leuchtdioden aufweisen, eine andere Gruppe von LEDs kann rotes Licht emittierende Leuchtdioden aufweisen und wieder eine andere Gruppe von LEDs kann grünes Licht emittierende Leuchtdioden aufweisen. Die LEDs können beispielsweise auf einem Substrat ausgebildet sein, das einen keramischen Grundkörper hat, auf dem die elektrischen Leitungen zum elektrischen kontaktieren der LEDs ausgebildet sind.
Über den LEDs können eine oder mehrere Konversionsschichten ausgebildet sein. Beispielsweise kann über einer ersten Gruppe von LEDs eine erste Konversionsschicht ausgebildet sein und über einer zweiten Gruppe von LEDs kann eine zweite Konversionsschicht ausgebildet sein. Die Konversionsschichten können jeweils ein Trägermaterial aufweisen, in das Konvertermaterial eingebettet ist. Das Konvertermaterial kann Konverterpartikel aufweisen. Alternativ dazu können die Konversionsschichten aus dem Konvertermaterial gebildet sein. Das Konvertermaterial eignet sich zum Konvertieren von Licht bezüglich seiner Wellenlänge. Beispielsweise emittieren die LEDs einer Gruppe von LEDs blaues Licht, das Konvertermaterial absorbiert zumindest einen Teil des blauen Lichts und emittiert gelbes oder mint-farbiges Licht. Das gelbe bzw. mint-farbige Licht mischt sich mit dem restlichen nicht konvertierten blauen Licht, wodurch weißes Licht erzeugt werden kann. Alternativ dazu kann das blaue Licht mittels des Konvertermaterials in gelbes Licht konvertiert werden und mittels eines anderen Konvertermaterials kann das blaue Licht in blau-weißes(Bluish-White)-Licht konvertiert werden, wodurch einstellbares oder tunable weißes Licht erzeugt werden kann.
Ferner kann mit einer ersten Gruppe von LEDs grünes Licht erzeugt werden, beispielsweise mittels blaues Licht emittierender LEDs und einer das blaue Licht absorbierenden und das grüne Licht emittierenden Konversionsschicht, mit einer zweiten Gruppe von LEDs kann rotes Licht erzeugt werden, beispielsweise direkt oder mittels einer entsprechenden Konversionsschicht, und mit einer dritten Gruppe von LEDs kann, beispielsweise direkt, blaues Licht oder mittels einer entsprechenden Konversionsschicht weißes Licht erzeugt werden. Eine LED mit der dazu gehörenden Konversionsschicht bzw. mit dem dazugehörenden Teil des Konversionsschicht, also dem Teil der Konversionsschicht, der direkt über der entsprechenden LED angeordnet ist, kann auch als lichtemittierendes Bauelement bezeichnet werden.
Aufgrund der elektrischen Kopplung der LEDs innerhalb einer Gruppe werden die LEDs einer Gruppe vorzugsweise nahe benachbart zueinander, beispielsweise in Form sich linear erstreckender Leuchtdiodenstränge angeordnet. Falls nun zwei benachbarte Leuchtdiodenstränge mit oder ohne entsprechender Konversionsschicht Licht unterschiedlicher Farbe erzeugen, so führt dies zwar in ausreichendem Abstand zu einer gewissen Mischung des Lichts, jedoch kann der dadurch erreichte Grad an Lichtmischung bei einigen Anwendungen nicht ausreichend sein, beispielsweise im Falle der Verwendung eines nicht facettierten und/oder glatten Reflektors zum Reflektieren des gemischten Lichts. Insbesondere kann dies bei einer Projektion des gemischten Lichts auf eine Fläche zu Bereichen unterschiedlicher Farbe und/oder zu einem Regenbogeneffekt führen.
Die Lichtmischung kann verbessert werden, indem die Leuchtdioden direkt auf die Substrate aufgebracht werden (Chip-on-Board Technologie), anstatt der Verwendung von in separate Gehäuse gepackten LEDs auf dem Substrat. Insbesondere kann dadurch der Abstand zwischen Emissionsorten unterschiedlicher Farbe verringert werden, was zu einer besseren Lichtmischung führt.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine herkömmliche lichtemittierende Baugruppe, insbesondere einen drei Kanal-RGB-Lichtkern. Die herkömmliche lichtemittierende Baugruppe weist eine Leuchtdiodenanordnung 20 auf. Die Leuchtdiodenanordnung 20 weist ein Substrat 22 und eine Mehrzahl von lichtemittierenden Bauelementen auf, die auf dem Substrat 22 angeordnet sind und mit nicht dargestellten Leiterbahnen des Substrats 22 elektrisch gekoppelt sind. Außerdem ist auf dem Substrat 22 ein Damm 24 ausgebildet, der in 1 aus der Zeichenebene heraus von dem Substrat 22 absteht und die lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 in radialer Richtung umgibt.
Die lichtemittierenden Bauelemente weisen insbesondere erste lichtemittierende Bauelemente 31, die erste Leuchtdiodenstränge 30 bilden, zweite lichtemittierende Bauelemente 33, die zweite Leuchtdiodenstränge 32 bilden, und dritte lichtemittierende Bauelemente 35, die dritte Leuchtdiodenstränge 34 bilden, auf. Die ersten lichtemittierenden Bauelemente 31 emittieren Licht einer ersten Farbe, beispielsweise rotes Licht. Die zweiten lichtemittierenden Bauelemente 33 emittieren Licht einer zweiten Farbe, beispielsweise grünes Licht. Die dritten lichtemittierenden Bauelemente 35 emittieren Licht einer dritten Farbe, beispielsweise blaues Licht. Die lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 können jeweils eine LED aufweisen. Optional können die lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 je eine Konversionsschicht oder einen Teil einer Konversionsschicht aufweisen, die bzw. der über der entsprechenden LED ausgebildet ist und das von der entsprechenden LED emittierte Licht konvertiert. Beispielsweise emittieren alle LEDs blaues Licht und die Konversionsschichten der ersten lichtemittierenden Bauelemente 31 konvertieren das blaue Licht in rotes Licht und die Konversionsschichten der zweiten lichtemittierenden Bauelemente 33 konvertieren das blaue Licht in grünes Licht.
Die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 erstrecken sich jeweils entlang einer Linie. Insbesondere erstrecken sich die ersten Leuchtdiodenstränge 30 entlang erster Linien, die in den Figuren gestrichelt dargestellt sind. Die zweiten Leuchtdiodenstränge 32 erstrecken sich entlang zweiter Linien, die in den Figuren gepunktet dargestellt sind. Die dritten Leuchtdiodenstränge 34 ein erstrecken sich entlang dritter Linien, die in den Figuren als Strich-Punkt-Linien dargestellt sind. Die ersten, zweiten und dritten Linien sind in lateraler Richtung gerade, lateral nebeneinander und parallel zueinander ausgerichtet. Dementsprechend sind auch die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 in lateraler Richtung gerade, lateralen nebeneinander und parallel zueinander angeordnet. Somit sind alle lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35, die Licht der gleichen Farbe emittieren, entlang einer geraden Linie angeordnet und lichtemittierende Bauelemente 31, 33, 35, die Licht unterschiedlicher Farbe emittieren, sind im rechten Winkel zu diesen Linien lateral nebeneinander angeordnet.
Falls das mittels der lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 emittierte Licht unterschiedlicher Farbe jedoch gemischt werden soll, beispielsweise zum Erzeugen weißen Lichts, so kann auf der Leuchtdiodenanordnung 20 innerhalb des Damms 24 ein Vergussmaterial eingebracht werden, das Streupartikel in einer hohen Dichte aufweist. Die Streupartikel können beispielsweise TiO₂ oder Al₂O₃ aufweisen. Die Streupartikel streuen das Licht der verschiedenen Farben und mischen es, so dass die Leuchtdiodenanordnung 20 insgesamt weißes Licht emittiert. Die Streupartikel wirken sich jedoch negativ auf die Effizienz der Leuchtdiodenanordnung 20 aus. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Dichte an Streupartikeln zu. Somit sinkt mit besser werdender Lichtmischung die Effizienz der Leuchtdiodenanordnung 20.
Dieser Effekt der Lichtmischung mittels der Streupartikel kann verstärkt werden, indem die Streupartikel in einem relativ großen Abstand zu den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 angeordnet werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Damm 24 relativ hoch ausgebildet wird und eine große Menge an Vergussmaterial innerhalb des Damms 24 eingebracht wird. Nachfolgend werden die Streupartikel so in das Vergussmaterial eingebracht, dass sie sich im Wesentlichen an der Oberfläche des Vergussmaterials befinden, wodurch sie den gewünschten Abstand zu den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 haben. Im Betrieb der Leuchtdiodenanordnung 20 erfährt das von den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 emittierte Licht dann schon eine gewisse Lichtmischung, bevor es die Streupartikel erreicht, wodurch der Effekt der Lichtmischung verstärkt wird. Allerdings wird ein signifikanter Anteil des erzeugten Lichts von dem Damm 24 absorbiert und mit zunehmender Höhe des Damms 24 sinkt die Effizienz der Leuchtdiodenanordnung 20.
Alternativ oder zusätzlich können zur Lichtmischung die lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35, die Licht unterschiedlicher Farbe emittieren, sehr nah aneinander angeordnet werden und/oder Bereiche, in denen Licht gleicher Farbe emittiert wird, können besonders klein gehalten werden. Dies erhöht jedoch den Aufwand bei der Ausbildung und die Komplexität der lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35, beispielsweise der entsprechenden Konversionsschichten, und/oder bei der Anordnung und elektrischen Kontaktierung der entsprechenden LEDs.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine lichtemittierende Baugruppe bereitzustellen, die Licht erzeugt, das einen hohen Grad an Lichtmischung aufweist, und die eine besonders hohe Effizienz hat und/oder die besonders einfach und/oder kostengünstig ausgebildet werden kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe bereitzustellen, das dazu beiträgt, dass die lichtemittierende Baugruppe Licht erzeugt, das einen hohen Grad an Lichtmischung aufweist, und die eine besonders hohe Effizienz hat, und/oder das besonders einfach und/oder kostengünstig durchgeführt werden kann.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lichtmischer für eine lichtemittierende Baugruppe bereitzustellen, der dazu beiträgt, Licht mit einem hohen Grad an Lichtmischung zu erzeugen, und der eine besonders geringe Auswirkung auf die Effizienz der lichtemittierenden Baugruppe hat, und/oder der besonders einfach und/oder kostengünstig ausgebildet und/oder in der lichtemittierenden Baugruppe integriert werden kann.
Die Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung gelöst durch eine lichtemittierende Baugruppe, mit einem Substrat; ersten lichtemittierenden Bauelementen, die auf dem Substrat entlang einer ersten Linie angeordnet sind und erstes Licht einer ersten Farbe emittieren; zweiten lichtemittierenden Bauelementen, die auf dem Substrat entlang einer zweiten Linie angeordnet sind und zweites Licht einer zweiten Farbe emittieren, wobei die erste Linie lateral neben der zweiten Linie verläuft; und mehreren stabförmigen Lichtwellenleitern zur Lichtleitung, die über den lichtemittierenden Bauelementen angeordnet sind, sich in Richtung von der ersten Linie zu der zweiten Linie erstrecken und die die erste Linie und die zweite Linie kreuzen.
Ein Teil des von den lichtemittierenden Bauelementen emittierten Lichts wird in die stabförmigen Lichtwellenleiter eingekoppelt. Das in die stabförmigen Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht wird in den Lichtwellenleitern geleitet, insbesondere von einer der Linien zu einer anderen der Linien, und kann dort aus dem Lichtwellenleiter austreten und sich vor oder nach dem Austreten aus dem Lichtwellenleiter mit dem an der anderen Linie erzeugten Licht mischen. Die stabförmigen Lichtwellenleiter sind voneinander beabstandet, so dass Licht, das von den lichtemittierenden Bauelementen erzeugt wird und nicht in die stabförmigen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, die stabförmigen Lichtwellenleiter passieren kann und aus der lichtemittierenden Baugruppe austreten kann, ohne in die stabförmigen Lichtwellenleiter eingekoppelt zu werden.
Da die lichtemittierenden Bauelemente, die Licht der gleichen Farbe emittieren, entlang der entsprechenden Linien angeordnet sind, ist es ausreichend, wenn das Licht mittels der Lichtwellenleiter von einer der Linien zu einer anderen der Linien gemischt wird. Ein Mischen des Lichts entlang derselben Linie ist nicht nötig, da das Licht entlang derselben Linie immer die gleiche Farbe hat und dann Licht einer Farbe mit Licht der gleichen Farbe gemischt werden würde. Ferner würde ein derartiges Mischen von Licht entlang derselben Linie zu einem Verlust von Licht und damit zu einem Verringern der Effizienz der lichtemittierenden Baugruppe führen. Die stabförmigen Lichtwellenleiter, die sich von der einen Linie zur der anderen Linie erstrecken, mischen das Licht, das entlang der einen Linien erzeugt wird und das eine Farbe hat, mit dem Licht, das entlang der anderen Linie erzeugt wird und das eine andere Farbe hat. Dadurch wird ein besonders hoher Grad an Lichtmischung erzeugt.
Zwischenräume, die sich von einem der stabförmigen Lichtwellenleiter zu einem anderen der stabförmigen Lichtwellenleiter erstrecken, erstrecken sich entlang der Linien, weshalb in diesen Zwischenräumen keine Lichtmischung nötig ist und die Zwischenräume frei von Material, beispielsweise Vergussmaterial und/oder Streupartikel, bleiben können. Dadurch kann das mittels der lichtemittierenden Bauelemente erzeugte Licht durch die Zwischenräume hindurch ungehindert aus der lichtemittierenden Baugruppe austreten. Dies trägt dazu bei, dass die stabförmigen Lichtwellenleiter eine besonders geringe Auswirkung auf die Effizienz der lichtemittierenden Baugruppe haben und dass die lichtemittierende Baugruppe eine besonders hohe Effizienz hat.
Das Anordnen der lichtemittierenden Bauelemente entlang der Linien und das Anordnen der stabförmigen Lichtwellenleiter derart, dass sie sich von einer der Linien zu einer anderen der Linien erstrecken, bewirkt somit einen besonders hohen Grad an Lichtmischung mit besonders geringen negativen Auswirkungen auf die Effizienz der lichtemittierenden Baugruppe. Ferner können die stabförmigen Lichtwellenleiter besonders einfach ausgebildet und über den lichtemittierenden Bauelementen angeordnet werden. Dies kann zu einem besonders einfachen und kostengünstigen Ausbilden der lichtemittierenden Baugruppe beitragen. Außerdem kann die lichtemittierende Baugruppe mit den stabförmigen Wellenleitern relativ kompakt, beispielsweise mit einer Höhe kleiner als 4 mm ausgebildet werden.
Die lichtemittierenden Bauelemente, die entlang einer der Linien angeordnet sind und die Licht der gleichen Farbe emittieren, bilden je einen Leuchtdiodenstrang. Somit weist die lichtemittierende Baugruppe mindestens zwei Leuchtdiodenstränge, insbesondere einen ersten Leuchtdiodenstrang, der die ersten lichtemittierenden Bauelemente aufweist, und einen zweiten Leuchtdiodenstrang, der die zweiten lichtemittierenden Bauelemente aufweist, auf.
Die stabförmigen Lichtwellenleiter bilden zusammen einen Lichtmischer. Die stabförmigen Lichtwellenleiter können körperlich miteinander verbunden sein, beispielsweise können die stabförmigen Lichtwellenleiter aus einem Materialstück gebildet sein. Die Lichtwellenleiter und/oder der Lichtmischer können transparent oder transluzent ausgebildet sein. Beispielsweise können die Lichtwellenleiter bzw. der Lichtmischer aus einem transparenten Trägermaterial gebildet sein, in das Streupartikel eingebettet sind. Alternativ dazu können die Lichtwellenleiter bzw. der Lichtmischer aus einem lichtstreuenden Material gebildet sein.
Die lichtemittierenden Bauelemente und das Substrat bilden eine Leuchtdiodenanordnung. Die Leuchtdiodenanordnung und der Lichtmischer bilden die lichtemittierende Baugruppe. Optional kann die lichtemittierende Baugruppe auch ein, zwei oder mehr aktive oder passive elektronische Bauelemente aufweisen, beispielsweise zum Betreiben der lichtemittierenden Baugruppe.
Gemäß einer Weiterbildung sind die erste Linie und/oder die zweite Linie in lateraler Richtung gerade. Somit sind auch die Leuchtdiodenstränge gerade. In anderen Worten sind die Linien bzw. die Leuchtdiodenstränge nicht gekrümmt. Dies kann dazu beitragen, dass die lichtemittierenden Bauelemente eines der Leuchtdiodenstränge besonders einfach auf dem Substrat angeordnet und/oder mit dem Substrat elektrisch gekoppelt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung sind die erste Linie und die zweite Linie parallel zueinander. Somit sind auch die Leuchtdiodenstränge parallel zueinander. In anderen Worten kreuzen sich die Linien bzw. die Leuchtdiodenstränge nicht. Dies kann dazu beitragen, dass die lichtemittierenden Bauelemente eines der Leuchtdiodenstränge besonders einfach auf dem Substrat angeordnet und/oder mit dem Substrat elektrisch gekoppelt werden können.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Lichtwellenleiter in lateraler Richtung gerade. In anderen Worten sind die Lichtwellenleiter nicht gekrümmt. Dies kann zu einem besonders einfachen Herstellen der Lichtwellenleiter bzw. des Lichtmischers und/oder zu einer besonders guten Lichtmischung beitragen.
Gemäß einer Weiterbildung kreuzen die Lichtwellenleiter die Linien in einem rechten Winkel. Dies trägt dazu bei, dass sich in die Lichtwellenleiter eingekoppeltes Licht schon nach einer möglichst kurzen Wegstrecke in dem entsprechenden Lichtwellenleiter mit dem an einer anderen Linie erzeugten Licht mischen kann. Dies kann zu einer besonders guten Lichtmischung beitragen.
Gemäß einer Weiterbildung weist die lichtemittierende Baugruppe dritte lichtemittierende Bauelemente auf, die auf dem Substrat entlang einer dritten Linie angeordnet sind und die drittes Licht einer dritten Farbe emittieren, wobei die dritte Linie lateral neben der ersten Linie und der zweiten Linie angeordnet ist und die Lichtwellenleiter kreuzt. Die dritten lichtemittierenden Bauelemente bilden einen dritten Leuchtdiodenstrang, der sich entlang der dritten Linie erstreckt. Die dritte Linie kann gerade sein und parallel zu der ersten und/oder zweiten Linie ausgerichtet sein und kreuzt sich mit den stabförmigen Lichtwellenleiter, insbesondere in einem rechten Winkel. Die dritten lichtemittierenden Bauelemente ermöglichen, insgesamt Licht dreier verschiedener Farben miteinander zu mischen.
Gemäß einer Weiterbildung weist die lichtemittierende Baugruppe mehrere erste Linien von ersten lichtemittierenden Bauelementen, mehrere zweite Linien von zweiten lichtemittierenden Bauelementen und/oder mehrere dritte Linien von dritten lichtemittierenden Bauelementen auf. In anderen Worten weist die lichtemittierende Baugruppe mehrere erste, zweite und/oder dritte Leuchtdiodenstränge auf. Somit können alle Leuchtdiodenstränge, die die ersten lichtemittierenden Bauelemente aufweisen, als erste Leuchtdiodenstränge bezeichnet werden, und alle Linien, entlang der die ersten lichtemittierenden Bauelemente angeordnet sind, können als erste Linien bezeichnet werden. Somit können alle Leuchtdiodenstränge, die die zweiten lichtemittierenden Bauelemente aufweisen, als zweite Leuchtdiodenstränge bezeichnet werden, und alle Linien, entlang der die zweiten lichtemittierenden Bauelemente angeordnet sind, können als zweite Linien bezeichnet werden. Somit können alle Leuchtdiodenstränge, die die dritten lichtemittierenden Bauelemente aufweisen, als dritte Leuchtdiodenstränge bezeichnet werden, und alle Linien, entlang der die dritten lichtemittierenden Bauelemente angeordnet sind, können als dritte Linien bezeichnet werden.
Gemäß einer Weiterbildung haben die Lichtwellenleiter in vertikaler Richtung einen vorgegebenen Abstand größer null zu den lichtemittierenden Bauelementen. In anderen Worten ist zwischen den Lichtwellenleitern und den lichtemittierenden Bauelementen ein Zwischenraum gebildet. Der Zwischenraum kann beispielsweise mit einem Füllmaterial und/oder einem Gas, beispielsweise mit Luft, gefüllt sein. Dies bewirkt, dass sich das von den lichtemittierenden Bauelementen emittierte Licht bereits vor dem Einkoppeln in die Lichtwellenleiter mischen kann. Dies kann zu einer besonders guten Lichtmischung beitragen. Des Weiteren dient der Zwischenraum als thermische Isolierung des Lichtmischers von der Leuchtdiodenanordnung. Somit trägt der Abstand bzw. der Zwischenraum dazu bei, dass der Lichtmischer während des Betriebs der lichtemittierenden Baugruppe nur geringfügig erwärmt wird. Dies trägt dazu bei, dass eine besonders große Vielfalt an möglichen Materialien zum Ausbilden des Lichtmischers, insbesondere der Lichtwellenleiter, zur Verfügung steht, da nur geringe Anforderungen an die thermische Stabilität des Materials bestehen.
Gemäß einer Weiterbildung weist die lichtemittierende Baugruppe einen Randkörper auf, mit dem die Lichtwellenleiter körperlich verbunden sind, der auf dem Substrat angeordnet ist und der in vertikaler Richtung von dem Substrat absteht. Der Randkörper dient zum Halten und/oder Verbinden der Lichtwellenleiter. Der Randkörper kann beispielsweise einstückig mit den Lichtwellenleitern ausgebildet sein. Der Randkörper und die Lichtwellenleiter bilden den Lichtmischer. Der Randkörper kann transparent oder transluzent ausgebildet sein, insbesondere kann der Randkörper aus dem gleichen Material gebildet sein wie die Lichtwellenleiter. Licht, das in die Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, kann über die Lichtwellenleiter in den Randkörper eingekoppelt werden, in dem Randkörper weitergeleitet werden, sich in dem Randkörper mit andersfarbigem Licht mischen und den Randkörper an einer anderen Stelle verlassen. Der Lichtmischer kann beispielsweise kreisförmig ausgebildet sein. Dementsprechend kann der Randkörper ringförmig ausgebildet sein und die Lichtwellenleiter können sich innerhalb des Randkörpers von einer Seite des Randkörpers zur anderen Seite des Randkörpers erstrecken.
Gemäß einer Weiterbildung weist die lichtemittierende Baugruppe einen lichtempfindlichen Sensor auf, der so angeordnet ist, dass Licht, das in die Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, zumindest teilweise hin zu dem lichtempfindlichen Sensor geleitet wird. Der lichtempfindliche Sensor kann beispielsweise direkt unterhalb eines der Lichtwellenleiter oder unterhalb des Randkörpers angeordnet sein, so dass mittels der Lichtwellenleiter bzw. des Randkörpers gemischtes Licht, das oberhalb des Sensors in Richtung hin zu dem Sensor ausgekoppelt wird, auf den Sensor trifft und von dem Sensor erfasst werden kann. Falls der Sensor außerhalb eines Bereiches angeordnet ist, indem die lichtemittierenden Bauelemente angeordnet sind, so kann der Lichtmischer, beispielsweise der Randkörper, einen Abschnitt aufweisen, der sich ausgehend von dem Bereich, in dem die lichtemittierenden Bauelemente angeordnet sind, bis hin zu dem und über den Sensor erstreckt. Dieser Abschnitt kann beispielsweise einstückig mit dem Randkörper ausgebildet sein.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die ersten, zweiten und/oder dritten lichtemittierenden Bauelemente jeweils mindestens eine LED auf. Insbesondere weisen die ersten lichtemittierenden Bauelemente erste LEDs, die zweiten lichtemittierenden Bauelemente zweite LEDs und die dritten lichtemittierenden Bauelemente dritte LEDs auf.
Gemäß einer Weiterbildung weisen die ersten, zweiten und/oder dritten lichtemittierenden Bauelemente jeweils eine Konverterschicht oder einen Teil einer Konverterschicht auf, die zwischen den entsprechenden LEDs und den Lichtwellenleitern ausgebildet ist und die zum Konvertieren des von der entsprechenden LED erzeugten Lichts dient. Beispielsweise kann über den ersten LEDs eine erste Konversionsschicht ausgebildet sein und über den zweiten LEDs kann eine zweite Konversionsschicht ausgebildet sein. Die Konversionsschichten können jeweils ein Trägermaterial aufweisen, in das Konvertermaterial eingebettet ist. Das Konvertermaterial kann Konverterpartikel aufweisen. Alternativ dazu können die Konversionsschichten aus dem Konvertermaterial gebildet sein. Das Konvertermaterial eignet sich zum Konvertieren von Licht bezüglich seiner Wellenlänge. Beispielsweise emittieren die ersten LEDs blaues Licht, das Konvertermaterial absorbiert zumindest einen Teil des blauen Lichts und emittiert gelbes oder mint-farbiges Licht. Das gelbe bzw. mint-farbige Licht mischt sich mit dem restlichen nicht konvertierten blauen Licht, wodurch weißes Licht erzeugt werden kann. Alternativ dazu kann das blaue Licht mittels des Konvertermaterials in gelbes Licht konvertiert werden und mittels eines anderen Konvertermaterials kann das blaue Licht in blau-weißes(Bluish-White)-Licht konvertiert werden, wodurch einstellbares oder tunable weißes Licht erzeugt werden kann. Ferner kann mit den LEDs grünes Licht erzeugt werden, beispielsweise mittels blaues Licht emittierender LEDs und einer das blaue Licht absorbierenden und das grüne Licht emittierenden Konversionsschicht, mit den zweiten LEDs kann rotes Licht erzeugt werden, beispielsweise direkt oder mittels einer entsprechenden Konversionsschicht, und mit den dritten LEDs kann, beispielsweise direkt, blaues Licht oder mittels einer entsprechenden Konversionsschicht weißes Licht erzeugt werden. Eine LED mit der dazu gehörenden Konversionsschicht bzw. mit dem dazugehörenden Teil des Konversionsschicht, also dem Teil der Konversionsschicht, der direkt über der entsprechenden LED angeordnet ist, bildet eines der lichtemittierenden Bauelemente.
Gemäß einer Weiterbildung emittieren die ersten lichtemittierenden Bauelemente rotes Licht und/oder weisen oberflächenemittierende LEDs auf. Alternativ oder zusätzlich emittieren die zweiten lichtemittierenden Bauelemente blaues Licht und/oder weisen volumenemittierende LEDs auf. Alternativ oder zusätzlich emittieren die dritten lichtemittierenden Bauelemente grünes Licht.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe, bei dem ein Substrat bereitgestellt wird; erste lichtemittierende Bauelemente, die im Betrieb der lichtemittierenden Baugruppe erstes Licht einer ersten Farbe emittieren, auf dem Substrat entlang einer ersten Linie angeordnet werden; zweite lichtemittierende Bauelemente, die im Betrieb der lichtemittierenden Baugruppe zweites Licht einer zweiten Farbe emittieren, auf dem Substrat entlang einer zweiten Linie angeordnet werden, wobei die erste Linie lateral neben der zweiten Linie verläuft; und mehrere Lichtwellenleiter zur Lichtleitung über den lichtemittierenden Bauelementen so angeordnet werden, dass sie sich in Richtung von der ersten Linie zu der zweiten Linie erstrecken und die erste Linie und die zweite Linie kreuzen.
Die Vorteile und/oder Ausgestaltungen der lichtemittierenden Baugruppe, die im Vorhergehenden erläutert wurden, können ohne weiteres auf das Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Baugruppe übertragen werden.
Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch einen Lichtmischer zum Mischen von Licht einer ersten Farbe, das mittels mehrerer erster lichtemittierender Bauelemente erzeugt wird, und Licht einer zweiten Farbe, das mittels mehrerer zweiter lichtemittierender Bauelemente erzeugt wird, der Lichtmischer aufweisend mehrere stabförmige Lichtwellenleiter, die lateral nebeneinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, und einen Randkörper, der mit den Lichtwellenleitern verbunden ist, zum Halten der Lichtwellenleiter. Die im Zusammenhang mit der lichtemittierenden Baugruppe erläuterten Vorteile und/oder Ausgestaltungen des Lichtmischers bzw. der Lichtwellenleiter können ohne weiteres auf den Lichtwellenleiter an sich, also losgelöst von der lichtemittierenden Baugruppe, übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Leuchtdiodenanordnung;
2 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer lichtemittierenden Baugruppe;
3 eine perspektivische Ansicht eines Lichtmischers der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2;
4 eine Schnittdarstellung des Lichtmischers gemäß 3;
5 eine perspektivische Ansicht der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2;
6 ein erstes Diagramm zur Darstellung eines Grades einer Lichtmischung bei der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung gemäß 1;
7 ein zweites Diagramm zur Darstellung eines Grades einer Lichtmischung bei der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2;
8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Eine lichtemittierende Baugruppe kann ein, zwei oder mehr lichtemittierende Bauelemente aufweisen. Optional kann eine lichtemittierende Baugruppe auch ein, zwei oder mehr elektronische Bauelemente aufweisen. Ein elektronisches Bauelement kann beispielsweise ein aktives und/oder ein passives Bauelement aufweisen. Ein aktives elektronisches Bauelement kann beispielsweise eine Rechen-, Steuer- und/oder Regeleinheit und/oder einen Transistor aufweisen. Ein passives elektronisches Bauelement kann beispielsweise einen Kondensator, einen Widerstand, eine Diode oder eine Spule aufweisen.
Ein lichtemittierendes Bauelement kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein lichtemittierendes Halbleiter-Bauelement sein und/oder als eine lichtemittierende Diode (light emitting diode, LED), als eine organische lichtemittierende Diode (organic light emitting diode, OLED), als lichtemittierender Transistor oder als ein organischer lichtemittierender Transistor ausgebildet sein. Die Strahlung kann beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, UV-Licht und/oder Infrarot-Licht sein
1 zeigt eine Draufsicht auf eine herkömmliche Leuchtdiodenanordnung 20. die herkömmliche Leuchtdiodenanordnung 20 weist ein Substrat 22 auf, auf dem ein optisch aktiver Bereich der Leuchtdiodenanordnung 20 ausgebildet ist. In dem optisch aktiven Bereich der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung 20 erzeugt die herkömmliche Leuchtdiodenanordnung 20 während ihres Betriebs Licht. Der optisch aktive Bereich ist in lateraler Richtung auf dem Substrat 22 von einem Damm 24 begrenzt. Der Damm 24 ist in Draufsicht auf das Substrat 22 kreisförmig ausgebildet.
Die herkömmliche Leuchtdiodenanordnung 20 weist erste Leuchtdiodenstränge 30, zweite Leuchtdiodenstränge 32, und dritte Leuchtdiodenstränge 34 auf. Die ersten Leuchtdiodenstränge 30 weisen erste lichtemittierende Bauelemente 31 auf, die jeweils Licht einer ersten Farbe emittieren. Die zweiten Leuchtdiodenstränge 32 weisen zweite lichtemittierende Bauelemente 33 auf, die jeweils Licht einer zweiten Farbe emittieren. Die dritten Leuchtdiodenstränge 34 weisen dritte lichtemittierende Bauelemente 35 auf, die jeweils Licht einer dritten Farbe emittieren.
Die ersten Leuchtdiodenstränge 30 und die ersten lichtemittierenden Bauelemente 31 eines der ersten Leuchtdiodenstränge 30 sind jeweils entlang erster Linien angeordnet, die in den Figuren gestrichelt dargestellt sind. Die zweiten Leuchtdiodenstränge 32 und die zweiten lichtemittierenden Bauelemente 33 eines der zweiten Leuchtdiodenstränge 32 sind jeweils entlang zweiter Linien angeordnet, die in den Figuren gepunktet dargestellt sind. Die dritten Leuchtdiodenstränge 34 und die dritten lichtemittierenden Bauelemente 35 eines der dritten Leuchtdiodenstränge 34 sind jeweils entlang dritter Linien angeordnet, die in den Figuren als Strich-Punkt-Linien dargestellt sind. Die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 sind in dem optisch aktiven Bereich der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung 20 angeordnet. Die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 sind gerade, also linear, ausgebildet und verlaufen auf dem Substrat 22 parallel zueinander.
Die ersten lichtemittierenden Bauelemente 31 weisen erste Leuchtdioden auf, die zweiten lichtemittierenden Bauelemente 33 weisen zweite Leuchtdioden auf und die dritten lichtemittierenden Bauelemente 35 weisen dritte Leuchtdioden auf. Die ersten, zweiten und dritten Leuchtdioden sind blaues Licht emittierende Leuchtdioden und können volumenemittierende Leuchtdioden sein und/oder Saphir-Chips aufweisen. Auf oder über den ersten Leuchtdioden der ersten Leuchtdiodenstränge 30 sind Konversionsschichten ausgebildet, die Konvertermaterialien aufweisen, die das mittels der ersten Leuchtdioden emittierte blaue Licht in rotes Licht konvertieren. Auf oder über den zweiten Leuchtdioden der zweiten Leuchtdiodenstränge 32 sind Konversionsschichten ausgebildet, die Konvertermaterialien aufweisen, die das mittels der zweiten Leuchtdioden emittierte blaue Licht in grünes Licht konvertieren. Auf oder über den dritten Leuchtdioden der dritten Leuchtdiodenstränge 34 sind keine Konversionsschichten ausgebildet, sodass das blaue Licht nicht konvertiert wird.
Jede erste Leuchtdiode bildet mit dem darüber liegenden Teilbereich der entsprechenden Konversionsschicht eines der ersten lichtemittierenden Bauelemente 31. Jede zweite Leuchtdiode bildet mit dem darüber liegenden Teilbereich der entsprechenden Konversionsschicht eines der zweiten lichtemittierenden Bauelemente 33. Jede dritte Leuchtdiode bildet eines der dritten lichtemittierenden Bauelemente 35. Das mittels der ersten Leuchtdioden emittierte rote Licht mischt sich mit dem mittels der zweiten Leuchtdioden erzeugten grünen Licht und mit dem mittels der dritten Leuchtdioden erzeugten blauen Licht, wodurch gemischtes Licht, insbesondere weißes Licht, entsteht, das von der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung 20 emittiert wird.
Aufgrund der linearen, parallelen Anordnung der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 erfährt das rote, blaue und grüne Licht auf Substratebene keine besonders gute Lichtmischung und hat nur einen geringen Grad an Lichtmischung. Dies bewirkt, dass im Betrieb der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung 20 die parallelen Linien der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 sichtbar sind, beispielsweise in Draufsicht auf das Substrat 22 und/oder bei einer Projektion des erzeugten gemischten Lichts auf eine Fläche.
Das Substrat 22 liegt in einer XY-Ebene, die sich in X-Richtung und Y-Richtung erstreckt und in 1 mittels entsprechender X- bzw. Y-Pfeile veranschaulicht ist. Die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und die entsprechenden Linien erstrecken sich jeweils in X-Richtung. Unterschiedliche Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und die entsprechenden Linien sind in Y-Richtung voneinander beabstandet. In dieser Anmeldung bezeichnet eine laterale Richtung und insbesondere „lateral“ eine Richtung, die in der XY-Ebene liegt. Eine vertikale Richtung und insbesondere der Begriff „vertikal“ bezeichnet eine Richtung, die senkrecht auf der XY-Ebene steht.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer lichtemittierenden Baugruppe, die eine Leuchtdiodenanordnung 20 aufweist, die der in 1 gezeigten herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung 20 entspricht. Daher wird an dieser Stelle auf eine erneute Erläuterung der Leuchtdiodenanordnung 20 verzichtet und diesbezüglich auf die Erläuterung zu 1 verwiesen.
Zusätzlich zu der Leuchtdiodenanordnung 20 weist die lichtemittierende Baugruppe einen Lichtmischer 40 auf. Der Lichtmischer 40 ist vertikal über dem Substrat 22 angeordnet und an dem Substrat 22 befestigt. Der Lichtmischer 40 weist einen Randkörper 42 auf. Der Randkörper 42 ist beispielsweise kreisförmig ausgebildet. Der Lichtmischer 40 weist mehrere stabförmige Lichtwellenleiter 44 auf, die sich innerhalb des Randkörpers 42 erstrecken, die von dem Randkörper 42 gehalten werden und die mit dem Randkörper 42 körperlich verbunden sind. Die Lichtwellenleiter 44 sind gerade ausgebildet und voneinander beabstandet. Zwischen den Lichtwellenleitern 44 sind Zwischenräume gebildet, die mit einem Vergussmaterial oder einem Gas, beispielsweise mit Luft, gefüllt sein können. Die Lichtwellenleiter 44 sind parallel zueinander angeordnet. Optional weist der Lichtmischer 40 einen Abschnitt 46 auf, der sich von dem Randkörper 42 radial nach außen erstreckt. Der Lichtmischer 40, insbesondere die Lichtwellenleiter 44, der Randkörper 42 und/oder der Abschnitt 46 können einstückig und/oder transluzent oder transparent ausgebildet sein und/oder ein transparentes Trägermaterial aufweisen, in das Streupartikel eingebettet sind.
Der Lichtmischer 40 ist so über dem Substrat 22 angeordnet, dass die Lichtwellenleiter 44 über den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 angeordnet sind, und zwar so, dass die Lichtwellenleiter 44 sich von einem der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und der entsprechenden Linie zu einem anderen der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und der entsprechenden Linie erstrecken. Insbesondere kreuzen die Lichtwellenleiter 44 die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und die entsprechenden ersten, zweiten und dritten Linien in einem rechten Winkel.
Der Lichtmischer 40 und insbesondere die Lichtwellenleiter 44 bewirken, dass Licht einer Farbe, das mittels der lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 entlang eines der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 emittiert wird, in die Lichtwellenleiter 44 eingekoppelt wird und sich in den Lichtwellenleitern 44 hin zu einem anderen der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34, von dem Licht einer anderen Farbe in die Lichtwellenleiter 44 eingekoppelt wird, ausbreitet. Beispielsweise wird das erste Licht eines der ersten Leuchtdiodenstränge 30 innerhalb der Lichtwellenleiter 44 über einen der zweiten Leuchtdiodenstränge 32 und einen der dritten Leuchtdiodenstränge 34 transportiert und mischt sich in den Lichtwellenleitern 44 mit dem dort eingekoppelten zweiten bzw. dritten Licht. Gleichermaßen wird das zweite Licht eines der zweiten Leuchtdiodenstränge 32 innerhalb der Lichtwellenleiter 44 über einen der ersten Leuchtdiodenstränge 30 und einen der dritten Leuchtdiodenstränge 34 transportiert und mischt sich in den Lichtwellenleitern 44 mit dem dort eingekoppelten ersten bzw. dritten Licht. Gleichermaßen wird das dritte Licht eines der dritten Leuchtdiodenstränge 34 innerhalb der Lichtwellenleiter 44 über einen der ersten Leuchtdiodenstränge 30 und einen der zweiten Leuchtdiodenstränge 32 transportiert und mischt sich in den Lichtwellenleitern 44 mit dem dort eingekoppelten ersten bzw. zweiten Licht. Das in den Lichtwellenleitern 44 gemischte Licht tritt aus den Lichtwellenleitern 44 zumindest teilweise in vertikaler Richtung aus dem Lichtmischer 40 aus und wird als gemischtes Licht von der lichtemittierenden Baugruppe emittiert.
Licht, dass mittels der lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 erzeugt wird und nicht in die Lichtwellenleiter 44 eingekoppelt wird, kann sich zwischen den Lichtwellenleitern 44 in vertikaler Richtung ungehindert ausbreiten und kann sich während und nach dem Passieren der Lichtwellenleiter 44 mit dem mittels der Lichtwellenleiter 44 gemischten Licht mischen.
Zusätzlich zu den Lichtwellenleitern 44 kann sich das in die Lichtwellenleiter 44 eingekoppelte Licht in dem Randkörper 42 und/oder in dem Abschnitt 46 ausbreiten, dort vermischen und/oder von dort emittiert werden. Falls die lichtemittierende Baugruppe einen lichtempfindlichen Sensor zum Erfassen des gemischten Lichts aufweist, so kann dieser Sensor beispielsweise unter dem Abschnitt 46 ausgebildet sein und von dem Abschnitte 46 aus gekoppeltes gemischtes Licht empfangen und detektieren.
Alternativ zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiele können die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und die entsprechenden ersten, zweiten und/oder dritten Linien nicht gerade, beispielsweise gekrümmt, sein und/oder nicht parallel zueinander ausgerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich können mehr oder weniger Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 und entsprechende Linien ausgebildet sein. Ferner kann jeder der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 mehr oder weniger als die dargestellten lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35 aufweisen. Ferner können nur zwei oder mehr als drei verschiedene Sorten von lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35, die somit nur Licht zweier verschiedener Farben oder Licht mit mehr als drei verschiedenen Farben emittieren, und entsprechende Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 entlang entsprechender Linien angeordnet sein. Ferner können die Leuchtdioden nicht nur blaues Licht emittierende Leuchtdioden, volumenemittierende Leuchtdioden und/oder Saphirchips sein, sondern können auch anders farbiges Licht emittieren, beispielsweise rotes Licht und/oder oberflächenemittierende Leuchtdioden sein. Ferner können mehr, weniger und/oder andere Konversionsschichten zum Erzeugen anders farbigen Licht vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Lichtmischer 40 so angeordnet sein, dass die Lichtwellenleiter 44 die Linien nicht in einem rechten Winkel, sondern beispielsweise in einem spitzen oder stumpfen Winkel schneiden. Alternativ oder zusätzlich können die Lichtwellenleiter 44 nicht gerade, beispielsweise gekrümmt, ausgebildet sein und/oder nicht parallel zueinander angeordnet sein. Ferner kann der Lichtmischer 44 nicht einstückig ausgebildet sein. Beispielsweise können die Lichtwellenleiter 44 und der Randkörper voneinander unabhängige Körper sein, die lediglich fest miteinander verbunden sind. Ferner kann auf den Abschnitt 46 verzichtet werden, insbesondere wenn in dem Randbereich des Substrats 22 kein Sensor angeordnet ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Lichtmischers 40 der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2. Aus 3 geht hervor, dass der Lichtmischer 40 einstückig und transluzent ausgebildet ist.
Alternativ dazu kann der Lichtmischer 40 aus mehreren Stücken gebildet sein, beispielsweise kann der Randkörper 42 einstückig ausgebildet sein und die Lichtwellenleiter 44 und/oder gegebenenfalls der Abschnitt 46 können an dem Randkörper 42 befestigt sein.
4 zeigt eine Schnittdarstellung des Lichtmischers 40 gemäß 3. In 4 ist eine Lichtmischrichtung 48 eingezeichnet. Das in die Lichtwellenleiter 44 eingekoppelte Licht breitet sich entlang der Lichtmischrichtung 48 aus. Da sich die Lichtwellenleiter 44 über die verschiedenartigen lichtemittierenden Bauelemente 31, 33, 35, die Licht unterschiedlicher Farbe emittieren, und die entsprechenden Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 hinweg erstrecken und sich das in die Lichtwellenleiter 44 eingekoppelte Licht entlang der Lichtmischrichtung 48 ausbreitet, wird das verschiedenfarbige Licht in den Lichtwellenleitern 44 gemischt.
Der Lichtmischer 40 ist so ausgebildet, dass beim Anordnen des Lichtmischers 40 auf dem Substrat 22 die Lichtwellenleiter 44 in vertikaler Richtung einen vorgegebenen Abstand A zu den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 haben. Dies bewirkt zum Einen, dass sich das Licht der verschiedenen Farben schon vor dem Einkoppeln in die Lichtwellenleiter 44 bis zu einem bestimmten Grad mischen kann, und zum Anderen, dass im Betrieb der lichtemittierenden Baugruppe entstehende Wärme nicht direkt von den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35, insbesondere durch körperlichen Kontakt, auf die Lichtwellenleiter 44 übertragen werden kann. Der aufgrund des Abstandes A gebildete Zwischenraum zwischen den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 und den Lichtwellenleitern 44 kann beispielsweise mit einem Vergussmaterial und/oder mit einem Gas, beispielsweise mit Luft, gefüllt sein.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2.
6 zeigt ein erstes Diagramm zur Darstellung eines Grades einer Lichtmischung bei der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung gemäß 1. Der Grad der Lichtmischung wurde mittels eines Verfahrens ermittelt, das dargestellt ist in dem Paper "Merit function for the evaluation of color uniformity in the far field of LED spot lights", Proc. SPIE 9003, Light-Emitting Diodes: Materials, Devices, and Applications for Solid State Lighting XVIII, 900303 (February 27, 2014); doi:10.1117/12.2043545. Der Grad der Lichtmischung ist in dem ersten Diagramm als U_sl gegeben. Grundsätzlich ist die visuelle Wahrnehmung für U_sl kleiner 30 hervorragend, für U_sl zwischen 30 und 40 gut, für U_sl zwischen 40 und 60 akzeptabel, zwischen 60 und 100 ungeeignet und größer 100 unzureichend, was in dem ersten Diagramm mittels unterschiedlich schraffierte Bereiche dargestellt ist. Bei der herkömmlichen Leuchtdiodenanordnung gemäß 1 beträgt der Wert von U_sl 179,7, was in dem ersten Diagramm mittels des großen Pfeils dargestellt ist, und ist somit unzureichend.
Das erste Diagramm zeigt, dass der Grad der Lichtmischung ohne den Lichtmischer 40 gering und unzureichend ist.
7 zeigt ein zweites Diagramm zur Darstellung eines Grades einer Lichtmischung bei der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2. Das zweite Diagramm wurde mittels des gleichen Verfahrens ermittelt wie das erste Diagramm. Das zweite Diagramm zeigt, dass der Wert U_sl bei der lichtemittierenden Baugruppe gemäß 2 gleich 50,6 ist, was in dem zweiten Diagramm mittels des großen Pfeils dargestellt ist, und somit der Grad der Lichtmischung mit dem Lichtmischer 40 gegenüber dem Fall ohne Lichtmischer 40 erhöht und insgesamt akzeptabel ist. Das zweite Diagramm zeigt insbesondere, dass es ausreichend ist, wenn die Lichtmischung ausschließlich von einer der Linien und dem entsprechenden Leuchtdiodenstrang 30, 32, 34 zu einer anderen der Linien und dem entsprechenden Leuchtdiodenstrang 30, 32, 34 erfolgt, wie es mittels des Lichtmischers 40 erreicht wird.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe.
In einem Schritt S2 wird ein Substrat bereitgestellt, beispielsweise das im Vorhergehenden erläuterte Substrat 22.
In einem Schritt S4 werden erste lichtemittierende Bauelemente angeordnet. Beispielsweise werden die ersten lichtemittierenden Bauelemente 31 entlang der ersten Linien auf dem Substrat 22 angeordnet, so dass sie die ersten Leuchtdiodenstränge 30 bilden, und elektrisch mit Leiterbahnen auf dem Substrat 22 verbunden.
In einem Schritt S6 werden zweite lichtemittierende Bauelemente angeordnet. Beispielsweise werden die zweiten lichtemittierenden Bauelemente 33 entlang der zweiten Linien auf dem Substrat 22 angeordnet, sodass sie die zweiten Leuchtdiodenstränge 32 bilden, und elektrisch mit Leiterbahnen auf dem Substrat 22 verbunden.
Optional können dritte lichtemittierende Bauelemente angeordnet werden, beispielsweise die dritten lichtemittierenden Bauelemente 35 entlang der dritten Linien, und elektrisch mit Leiterbahnen auf dem Substrat 22 verbunden werden.
In einem Schritt S8 werden Lichtwellenleiter angeordnet. Beispielsweise werden die im Vorhergehenden erläuterten Lichtwellenleiter 44 über den lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 angeordnet. Beispielsweise kann der im Vorhergehenden erläuterte Lichtmischer 40, der die Lichtwellenleiter 44 aufweist, auf dem Substrat 22 so angeordnet werden, dass sich die Lichtwellenleiter 44 jeweils über verschiedene Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 hinweg erstrecken.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise kann die lichtemittierende Baugruppe mehr oder weniger Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann jeder der Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 mehr oder weniger lichtemittierende Bauelemente 31, 33, 35 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können lediglich zwei verschiedene Sorten von lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 oder mehr als drei verschiedene Sorten von lichtemittierenden Bauelementen 31, 33, 35 angeordnet sein.
Ferner können die Linien und/oder die Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 nicht parallel zueinander, nicht gerade und/oder gekrümmt ausgebildet sein. Ferner können die Lichtwellenleiter 44 nicht parallel zueinander, nicht gerade und/oder gekrümmt und/oder nicht im rechten Winkel zu den Linien bzw. Leuchtdiodenstränge 30, 32, 34 ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

20: Leuchtdiodenanordnung
22: Substrat
24: Damm
30: erster Leuchtdiodenstrang
31: erste lichtemittierende Bauelemente
32: zweiter Leuchtdiodenstrang
33: zweite lichtemittierende Bauelemente
34: dritter Leuchtdiodenstrang
35: dritte lichtemittierende Bauelemente
40: Lichtmischer
42: Randkörper
44: Lichtwellenleiter
46: Abschnitt
S2–S8: Schritte zwei bis acht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Paper "Merit function for the evaluation of color uniformity in the far field of LED spot lights", Proc. SPIE 9003, Light-Emitting Diodes: Materials, Devices, and Applications for Solid State Lighting XVIII, 900303 (February 27, 2014); doi:10.1117/12.2043545 [0071]

Claims

Lichtemittierende Baugruppe, mit einem Substrat (22), mit ersten lichtemittierenden Bauelementen (31), die auf dem Substrat (22) entlang einer ersten Linie angeordnet sind und erstes Licht einer ersten Farbe emittieren, zweiten lichtemittierenden Bauelementen (33), die auf dem Substrat (22) entlang einer zweiten Linie angeordnet sind und zweites Licht einer zweiten Farbe emittieren, wobei die erste Linie lateral neben der zweiten Linie verläuft, und mehreren stabförmigen Lichtwellenleitern (44) zur Lichtleitung, die über den lichtemittierenden Bauelementen (31, 33) angeordnet sind, sich in Richtung von der ersten Linie zu der zweiten Linie erstrecken und die die erste Linie und die zweite Linie kreuzen.
Lichtemittierende Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die erste Linie und/oder die zweite Linie in lateraler Richtung gerade sind.
Lichtemittierende Baugruppe nach Anspruch 2, bei der die erste Linie und die zweite Linie parallel zueinander sind.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Lichtwellenleiter (44) in lateraler Richtung gerade sind.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Lichtwellenleiter (44) die Linien in einem rechten Winkel kreuzen.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit dritten lichtemittierenden Bauelementen (35), die auf dem Substrat (22) entlang einer dritten Linie angeordnet sind und die drittes Licht einer dritten Farbe emittieren, wobei die dritte Linie lateral neben der ersten Linie und der zweiten Linie angeordnet ist und die Lichtwellenleiter (44) kreuzt.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mehreren ersten Linien von ersten lichtemittierenden Bauelementen (31), mehreren zweiten Linien von zweiten lichtemittierenden Bauelementen (33) und/oder mehreren dritten Linien von dritten lichtemittierenden Bauelementen (35).
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Lichtwellenleiter (44) in vertikaler Richtung einen vorgegebenen Abstand größer null zu den lichtemittierenden Bauelementen (31, 33, 35) haben.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Randkörper (42), der einstückig mit den Lichtwellenleitern (44) ausgebildet ist, der auf dem Substrat (22) angeordnet ist, der in vertikaler Richtung von dem Substrat (22) absteht, der die lichtemittierenden Bauelemente (31, 33, 35) in lateraler Richtung umgibt und der transparent oder transluzent ausgebildet ist.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem lichtempfindlichen Sensor, der so angeordnet ist, dass Licht, das in die Lichtwellenleiter (44) eingekoppelt wird, zumindest teilweise hin zu dem lichtempfindlichen Sensor geleitet wird.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die ersten, zweiten und/oder dritten lichtemittierenden Bauelemente (31, 33, 35) jeweils mindestens eine LED aufweisen.
Lichtemittierende Baugruppe nach Anspruch 11, bei der die ersten, zweiten und/oder dritten lichtemittierenden Bauelemente (31, 33, 35) jeweils eine Konverterschicht oder einen Teil einer Konverterschicht aufweisen, die zwischen den entsprechenden LEDs und den Lichtwellenleitern (44) ausgebildet ist und die zum Konvertieren des von der entsprechenden LED erzeugten Lichts dient.
Lichtemittierende Baugruppe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die ersten lichtemittierenden Bauelemente (31) rotes Licht emittieren und/oder oberflächenemittierende LEDs aufweisen, bei der die zweiten lichtemittierenden Bauelemente (33) blaues Licht emittieren und/oder volumenemittierende LEDs aufweisen und/oder bei der die dritten lichtemittierenden Bauelemente (35) grünes Licht emittieren.
Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Baugruppe, bei dem ein Substrat (22) bereitgestellt wird, erste lichtemittierende Bauelemente (31), die im Betrieb der lichtemittierenden Baugruppe erstes Licht einer ersten Farbe emittieren, auf dem Substrat (22) entlang einer ersten Linie angeordnet werden, zweite lichtemittierende Bauelemente (33), die im Betrieb der lichtemittierenden Baugruppe zweites Licht einer zweiten Farbe emittieren, auf dem Substrat (22) entlang einer zweiten Linie angeordnet werden, wobei die erste Linie lateral neben der zweiten Linie verläuft, und mehrere Lichtwellenleiter (44) zur Lichtleitung über den lichtemittierenden Bauelementen (31, 33) so angeordnet werden, dass sie sich in Richtung von der ersten Linie zu der zweiten Linie erstrecken und die die erste Linie und die zweite Linie kreuzen.
Lichtmischer zum Mischen von Licht einer ersten Farbe, das mittels mehrerer erster lichtemittierender Bauelemente erzeugt wird, und Licht einer zweiten Farbe, das mittels mehrerer zweiter lichtemittierender Bauelemente erzeugt wird, der Lichtmischer aufweisend mehrere stabförmige Lichtwellenleiter, die lateral nebeneinander angeordnet und voneinander beabstandet sind, und einen Randkörper, der mit den Lichtwellenleitern verbunden ist, zum Halten der Lichtwellenleiter.