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Die Erfindung betrifft ein Filament für ein Leuchtmittel mit lichtemittierenden Halbleiterchips, ein Leuchtmittel und Verfahren zur Herstellung eines Filaments. Als Filament wird ein Träger mir Halbleiterchips bezeichnet. Ein oder mehrere dieser Filamente sind geeignet, in ein Leuchtmittel zu integriert zu werden und ersetzen die klassische Glühwendel in einem solchen Leuchtmittel. Filamente mit lichtemittierenden Halbleiterchips werden verwendet, um Leuchtmittel zu ermöglichen, die den konventionell bekannten Glühbirnen möglichst ähnlich sehen. Dabei werden lichtemittierende Halbleiterchips auf Glas- beziehungsweise Saphirträger aufgebracht. Anschließend werden die lichtemittierenden Halbleiterchips elektrisch kontaktiert und die Filamente in das Leuchtmittel eingesetzt. Ein Nachteil dieser Filamente ist, dass das Glas- beziehungsweise Saphirträgermaterial keine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, wodurch im Betrieb eine Überhitzung der lichtemittierenden Halbleiterchips droht.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Filament für ein Leuchtmittel, ein Leuchtmittel mit einem solchen Filament und ein Herstellungsverfahren für ein solches Filament bereitzustellen. Diese Aufgaben werden mit dem Filament, dem Leuchtmittel und dem Verfahren zur Herstellung eines Filaments der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Ein Filament weist eine Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips auf, wobei diese Halbleiterchips auf einem Träger angeordnet sind. Die Halbleiterchips sind elektrisch kontaktiert. Der Träger weist einen Querschnitt mit einer Breite und einer Höhe auf, wobei die Breite des Trägers größer ist als die Höhe und die Breite maximal zehnmal so groß ist wie eine Breite oder eine Länge des Halbleiterchips. Der Träger weist dabei eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 27 Watt pro Meter und Kelvin und an der Oberfläche eine Reflektivität von mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt mindestens 95 % auf. Eine Wärmeleitfähigkeit von 27 Watt pro Meter und Kelvin stellt eine untere Grenze für ein Material dar, mit dem Abwärme, die beim Betrieb der lichtemittierenden Halbleiterchips entsteht, über den Träger abgeleitet werden kann. Die Reflektivität von mindestens 75 % ermöglicht einen Träger für ein Filament, und damit ein Filament, dessen optische Eigenschaften annähernd an die optischen Eigenschaften eines Filaments mit einem Glas- oder Saphirträger heranreichen. Dadurch weist das erfindungsgemäße Filament optische Eigenschaften wie die herkömmlichen Filamente auf, und zusätzlich eine verbesserte Wärmeleitung, die eine einfachere Kühlung der lichtemittierenden Halbleiterchips ermöglicht.
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In einer Ausführungsform weist der Träger eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Die lichtemittierenden Halbleiterchips sind sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite angeordnet. Dadurch kann auf kleinem Bauraum ein Filament erzeugt werden, das die Anordnung vieler lichtemittierender Halbleiterchips ermöglicht. Dies ist insbesondere möglich, da der Träger eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und so die von beiden Seiten in den Träger eingebrachte Abwärme gut abgeleitet werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der Träger einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt auf. Die drei Abschnitte weisen jeweils eine Erstreckungsrichtung auf. Der erste Abschnitt grenzt an den zweiten Abschnitt an und der zweite Abschnitt grenzt an den dritten Abschnitt an. Der erste und der dritte Abschnitt sind gleich groß und achsensymmetrisch zueinander und stehen in einem ersten Winkel zueinander, wobei der erste Winkel maximal 45 Grad beträgt. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt stehen in einem zweiten Winkel zueinander, wobei der zweite Winkel mindestens 67,5 Grad beträgt. Eine erste Kontaktstelle ist am ersten Abschnitt angeordnet und eine zweite Kontaktstelle ist am dritten Abschnitt angeordnet. Die Halbleiterchips sind mit der ersten und der zweiten Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden. Durch eine solche Anordnung bildet der Träger eine im Wesentlichen u-förmige Form, wobei die beiden Schenkel der u-förmigen Form, also der erste und der dritte Abschnitt, nicht zwingend parallel sein müssen, sondern auch in einem Winkel kleiner 45 Grad zueinander stehen können. Eine solche Form des Filaments ist vorteilhaft für den Einbau in ein Leuchtmittel, da nur die beiden Kontaktstellen mit den sonstigen Kontakten des Leuchtmittels kontaktiert werden müssen und das Filament einer herkömmlichen Glühwendel ähnlicher sieht, insbesondere im Betrieb ähnlicher sieht, als die bisher verwendeten Filamente.
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In einer Ausführungsform ist der Träger im ersten Abschnitt, im zweiten Abschnitt und im dritten Abschnitt jeweils linear. In einer Ausführungsform weist der Träger in einem, zwei, oder drei Abschnitten eine Zickzack-Struktur auf. Durch die Zickzack-Struktur kann das Filament noch näher an die bisher verwendete Form der Glühwendel angepasst werden, um einen verbesserten optischen Eindruck des Filaments zu erhalten.
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In einer Ausführungsform besteht der Träger aus einem flachen Plättchen. Es ist eine erste Kante zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet und eine zweite Kante zwischen dem zweiten Abschnitt und dem dritten Abschnitt angeordnet. Die erste und die zweite Kante weisen eine Biegung des Plättchens auf, derart, dass das Plättchen in mehr als einer Ebene angeordnet ist. Dadurch lässt sich die im Wesentlichen u-förmige Form des Trägers durch einfache Biegeprozesse des Plättchens, aus dem Träger besteht, herstellen.
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In einer Ausführungsform weist der Träger eine Zickzack-Struktur auf, wobei eine erste Kontaktstelle auf der Vorderseite des Trägers angeordnet ist und eine zweite Kontaktstelle auf der Rückseite des Trägers angeordnet ist. Die Halbleiterchips sind auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Trägers angeordnet und mit der ersten und der zweiten Kontaktstelle elektrisch leitend verbunden. Dieses Ausführungsbeispiel ermöglicht eine andere Form des Trägers, die einer konventionellen, senkrecht stehenden Glühwendel ähnelt.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Träger Aluminium, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid auf. Diese drei genannten Materialien weisen eine gute Wärmeleitfähigkeit auf und sind in der Lage, die beim Betrieb der lichtemittierenden Halbleiterchips entstehende Abwärme abzuleiten. Zusätzlich kann die Oberfläche dieser drei Materialien so behandelt werden, dass die Reflektivität der Oberflächen größer 75 % ist. Dadurch eignen sich diese Materialien für ein Filament für ein Leuchtmittel.
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In einer Ausführungsform weist der Träger eine Tragstruktur und eine Beschichtung auf. Die Tragstruktur weist eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 27 Watt pro Meter und Kelvin auf, die Beschichtung weist eine Reflektivität von mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt mindestens 95 % auf. Mit einer solchen Struktur des Trägers, bestehend aus einer Tragstruktur und einer Beschichtung kann insbesondere ein Träger erzeugt werden, bei dem die Tragstruktur gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und die Beschichtung die guten optischen Eigenschaften des Trägers bereitstellt. Dadurch kann beispielsweise ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, das aber schlechte optische Eigenschaften aufweist, mit einer guten optischen Beschichtung kombiniert werden, um so einen günstigen und für das Filament geeigneten Träger zu erhalten.
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In einer Ausführungsform weist die Tragstruktur ein Metall auf. Die Beschichtung weist ein elektrisch isolierendes Material auf. Dies könnte beispielsweise durch eine Tragstruktur aus Kupfer und einer dünnen weißen Kunststoffbeschichtung realisiert sein. Es sind jedoch auch andere Materialkombinationen für den Fachmann naheliegend.
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In einer Ausführungsform weisen die Halbleiterchips elektrische Kontakte auf einer Seite auf. Eine zweite Seite der Halbleiterchips liegt der Seite mit den elektrischen Kontaktstellen gegenüber und ist dem Träger zugewandt. Dies bedeutet, dass die Kontaktstellen auf der dem Träger abgewandten Seite der lichtemittierenden Halbleiterchips angeordnet sind. Da die Halbleiterchips keine elektrischen Kontakte auf der Seite aufweisen, die dem Träger zugewandt ist, können die Halbleiterchips direkt auf einem metallischen Träger aufgebracht werden, ohne dass das Metall die Halbleiterchips elektrisch kontaktieren würde. Dadurch kann ein guter Wärmeübergang von den Halbleiterchips in das Metall realisiert werden, ohne dass die elektrischen Eigenschaften der lichtemittierenden Halbleiterchips dadurch beeinträchtigt werden.
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In einer Ausführungsform weist der Träger eine Isolationsschicht auf, wobei diese Isolationsschicht elektrisch isoliert. Auf dieser Isolationsschicht können nun elektrische Leiterbahnen angebracht werden, die von dem Metall des Trägers elektrisch isoliert sind und dadurch nicht über das Metall des Trägers elektrisch kurzgeschlossen werden können.
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In einer Ausführungsform weist das Filament ein Konversionselement auf, um Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips in Licht mit einer anderen Wellenlänge zu konvertieren. Das Konversionselement kann dabei das Filament umgeben, es kann als einzelnes Plättchen auf den Halbleiterchips ausgeführt sein oder als Volumenverguss oberhalb der lichtemittierenden Halbleiterchips angebracht werden.
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Ein Leuchtmittel weist eines der beschriebenen Filamente, einen Kolben aus einem transparenten Material und eine elektrische Kontaktierung auf. Die elektrische Kontaktierung ist mit dem Filament elektrisch leitfähig verbunden und der Kolben mit einem Gas gefüllt. Dadurch wird ein Leuchtmittel erzeugt, das einer konventionellen Glühbirne möglichst ähnlich sieht, wobei durch die unterschiedlichen Ausgestaltungen der Filamente unterschiedliche Ähnlichkeitsgrade erzielt werden können. Zusätzlich kann eine Vorschlaltelektronik für die elektrische Ansteuerung der lichtemittierenden Halbleiterchips des Filaments vorgesehen sein.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Filaments weist folgende Schritte auf:
- • Bereitstellen eines Trägers;
- • Formen der Struktur des Trägers;
- • Aufbringen von lichtemittierenden Halbleiterchips auf den Träger; und
- • Kontaktieren der Halbleiterchips.
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Mit diesem Verfahren kann ein Filament für ein Leuchtmittel hergestellt werden. Ferner kann das Aufbringen eines Konversionselements als weiterer Schritt vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Formen der Struktur des Trägers durch Stanzen und/oder Sägen. Dies kann insbesondere erfolgen, bevor die lichtemittierenden Halbleiterchips auf den Träger aufgebracht sind. Insbesondere die beschriebene, im Wesentlichen u-förmige Struktur oder die Zickzack-Strukturen des Filaments können so erzeugt werden. Anschließend werden die lichtemittierenden Halbleiterchips auf den Träger aufgebracht und kontaktiert.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Formen der Struktur des Trägers durch Biegen des Trägers. Dies erfolgt insbesondere nachdem die lichtemittierenden Halbleiterchips auf den Träger aufgebracht sind. Die Biegekanten des Filaments werden dann durch Biegen des Trägers erzeugt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung
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1 eine Draufsicht auf ein Filament;
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2 einen Querschnitt durch ein Filament;
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3 einen weiteren Querschnitt durch ein Filament;
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4 einen Querschnitt durch ein Filament mit Konverter;
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5 eine Draufsicht auf ein im Wesentlichen u-förmiges Filament;
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6 eine Seitenansicht eines Filaments;
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7 eine weitere Draufsicht auf ein im Wesentlichen u-förmiges Filament;
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8 eine Draufsicht auf ein Filament mit einer Zickzack-Struktur;
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9 einen Querschnitt durch ein Filament mit Biegekanten;
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10 eine Draufsicht auf ein Filament mit Biegekanten vor dem Biegeprozess;
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11 eine Ansicht des Filaments mit Biegekanten nach dem Biegeprozess;
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12 ein Filament mit einer Zickzack-Struktur;
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13 einen Querschnitt durch einen Träger eines Filaments;
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14 einen weiteren Querschnitt durch einen Träger eines Filaments; und
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15 ein Leuchtmittel mit einem Filament.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Filament 100. 2 zeigt einen Querschnitt durch dieses Filament 100 in einer Längsrichtung. Eine Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips 110 ist auf einem Träger 120 angeordnet. Die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 sind elektrisch kontaktiert. Der Träger 120 weist eine Breite 101 (dargestellt in 1) und eine Höhe 102 (dargestellt in 2) auf. Die Breite 101 ist größer als die Höhe 102. Die Breite 101 ist maximal zehnmal so groß wie eine Breite 113 des Halbleiterchips 110. Da die Halbleiterchips quadratisch sind, ist die Länge des Halbleiterchips 114 gleich der Breite 113 des Halbleiterchips. Der Träger 120 weist eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 27 Watt pro Meter und Kelvin auf. An der Oberfläche weist der Träger 120 eine Reflektivität von mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt mindestens 95 % auf. Diese Reflektivität bezieht sich auf das Licht des lichtemittierenden Halbleiterchips.
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In 2 ist zu sehen, dass die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 nur auf einer Seite des Trägers 120 angeordnet sind.
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3 zeigt einen weiteren Querschnitt durch ein Filament 100, bei dem lichtemittierende Halbleiterchips 110 auf einem Träger 120 angeordnet sind. Der Träger 120 weist eine Vorderseite 121 und eine Rückseite 122 auf. Die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 sind sowohl auf der Vorderseite 121 als auch auf der Rückseite 122 angeordnet. Ansonsten entspricht das Filament 100 der 3 dem Filament der 1 und 2.
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4 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100, das vom grundsätzlichen Aufbau dem Filament der 3 entspricht. Zusätzlich ist auf beiden Seiten des Trägers 120, also auf der Vorderseite 121 und der Rückseite 122, jeweils ein Konverter 130 angeordnet, der die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 umgibt. Der Konverter 130 kann dabei alternativ so ausgeführt sein, dass für jeden Halbleiterchip 110 ein eigenes Konversionselement vorgesehen ist. Eine weitere Alternative kann sein, dass der Träger 120 mit den lichtemittierenden Halbleiterchips 110 komplett vom Konverter 130 umgeben ist.
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Obwohl die in den folgenden Figuren jeweils dargestellten Ausführungsbeispiele des Filaments 100 jeweils ohne Konverter 130 dargestellt sind, kann vom Fachmann für diese Ausführungsbeispiele jeweils ein Konverter 130 vorgesehen werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100 in der Draufsicht. Der Träger 120 weist einen ersten Abschnitt 123, einen zweiten Abschnitt 124 und einen dritten Abschnitt 125 auf, wobei der erste Abschnitt 123 an den zweiten Abschnitt 124 und der zweite Abschnitt 124 an den dritten Abschnitt 125 angrenzt. Ein erster Winkel zwischen dem ersten Abschnitt 123 und dem dritten Abschnitt 125 beträgt dabei 0 Grad, der erste Abschnitt 123 und der dritte Abschnitt 125 stehen also parallel zueinander. Außerdem sind der der erste Abschnitt 123 und der dritte Abschnitt 125 achsensymmetrisch zueinander, so dass sich für einen zweiten Winkel zwischen dem ersten Abschnitt 123 und dem zweiten Abschnitt 124 ein 90-Grad-Winkel ergibt. Die drei Abschnitte 123, 124, 125 des Trägers bilden also eine im Wesentlichen u-förmige Struktur. Halbleiterchips 110 sind auf allen drei Abschnitten 123, 124, 125 angeordnet.
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Am ersten Abschnitt 123 ist eine erste Kontaktstelle 141 angeordnet, am dritten Abschnitt 125 ist eine zweite Kontaktstelle 142 angeordnet. Ein jeweils vom zweiten Abschnitt 124 entfernter Bereich des ersten Abschnitts 123 und des dritten Abschnitts 125 ist jeweils mit einer Isolierung 126 bedeckt. Die erste Kontaktstelle 141 und die zweite Kontaktstelle 142 sind jeweils auf dieser Isolierung 126 angebracht, so dass die erste Kontaktstelle 141 und die zweite Kontaktstelle 142 nicht im elektrischen Kontakt mit dem Material des Trägers 120 stehen. Auf der Isolierung 126 ist am ersten Abschnitt 123 eine erste Leiterbahn 143 angebracht und am dritten Abschnitt 125 eine zweite Leiterbahn 144 angebracht. Die erste Leiterbahn 143 ist mit der ersten Kontaktstelle 141 mittels Bonddraht 145 verbunden, die zweite Leiterbahn 144 ist mit der zweiten Kontaktstelle 142 ebenfalls mit einen Bonddraht 145 verbunden. Die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 sind untereinander auch jeweils mit einem Bonddraht 145 miteinander elektrisch leitfähig verbunden, die komplette Serienschaltung der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 ist mit jeweils einem Bonddraht 145 mit der ersten Leiterbahn 143 und der zweiten Leiterbahn 144 verbunden. Dadurch können die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 mittels der elektrischen Kontaktstellen 141, 142 elektrisch kontaktiert werden. Die lichtemittierenden Halbleiterchips weisen keine elektrischen Kontaktstellen auf der dem Träger 120 zugewandten Seite auf. Aus diesem Grund ist in den Bereichen des Trägers 120, auf dem die lichtemittierenden Halbleiterchips angeordnet sind, keine Isolierung notwendig, im Gegensatz zur Isolierung 126 in den beiden Bereichen des ersten Abschnitts 123 und des dritten Abschnitts 125. Für den Fall, dass der Träger 120 aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material besteht oder mit einem isolierenden Material beschichtet ist, kann auf die Isolierungen 126 verzichtet werden.
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5 zeigt die Ansicht auf die Vorderseite 121 des Trägers 120. Es ist möglich, dass eine zur Vorderseite 121 analoge Anordnung von weiteren Halbleiterchips 110 auf der Rückseite 122 des Trägers angeordnet ist, die jedoch in der 5 aufgrund der Draufsicht nicht dargestellt werden kann.
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6 zeigt eine seitliche Draufsicht auf das Filament 100 der 5. Eine erste Kontaktstelle 141 und eine erste Leiterbahn 143 sind mit einem Bonddraht 145 miteinander verbunden, die erste Leiterbahn 143 ist mit einem weiteren Bonddraht 145 mit einem lichtemittierenden Halbleiterchip 110 verbunden, weitere lichtemittierende Halbleiterchips 110 sind auf der Vorderseite 121 des Trägers 120 angeordnet. Diese sind ebenfalls untereinander mit Bonddrähten 145 verbunden. Auf der Rückseite 122 des Trägers 120 sind ebensolche Kontaktstellen, Leiterbahnen, Halbleiterchips und Bonddrähte gestrichelt dargestellt, um anzudeuten, dass eine zur Vorderseite 121 analoge Anordnung auch auf der Rückseite 122 angebracht werden kann.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100 mit einem Träger 120 mit im Wesentlichen u-förmiger Form. In diesem Ausführungsbeispiel besteht der Träger 120 aus einem elektrisch isolierenden Material, so dass im Gegensatz zur 5 keine Isolierung 126 vorgesehen ist. Eine erste Kontaktstelle 141 und eine zweite Kontaktstelle 142 sind mit Bonddrähten 145 jeweils mit einem lichtemittierenden Halbleiterchip 110 verbunden, die weiteren lichtemittierenden Halbleiterchips 110 sind untereinander ebenfalls mit Bonddrähten 145 verbunden, so dass eine Reihenschaltung der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 von der ersten Kontaktstelle 141 zur zweiten Kontaktstelle 142 vorliegt. Der erste Abschnitt 123 des Trägers 120 und der dritte Abschnitt 125 des Trägers 120 stehen dabei in einem Winkel kleiner 45 Grad zueinander. Die Enden des ersten Abschnitts 123 beziehungsweise dritten Abschnitts 125, an denen die erste Kontaktstelle 141 und die zweite Kontaktstelle 142 angeordnet sind, liegen also näher beieinander als der zweite Abschnitt 124 des Trägers 120 breit ist. Auch in diesem Fall ist es wiederum möglich, eine hierzu analoge Anordnung von Halbleiterchips auf der Rückseite des Trägers anzuordnen.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100. Eine erste Kontaktstelle 141 ist auf einer Isolierung 126 des ersten Abschnitts 123 des Trägers 120 angeordnet. Eine zweite elektrische Kontaktstelle 142 ist auf einer Isolierung 126 des dritten Abschnitts 125 des Trägers 120 angeordnet. Der zweite Abschnitt 124 des Trägers 120 ist nicht linear ausgeführt wie in den bisherigen Ausführungsbeispielen, sondern weist eine zickzackförmige Struktur auf. Ansonsten sind auf dem Träger wiederum lichtemittierende Halbleiterchips 110 angeordnet, die mittels Bonddrähten 145 untereinander und mit den beiden Kontaktstellen 141, 142 verbunden sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist ebenso wiederum eine Anordnung von weiteren lichtemittierenden Halbleiterchips 110 auf der Rückseite 122 des Trägers 120 möglich.
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9 zeigt ein Filament 100, bei dem der Träger 120 aus einem flachen Plättchen besteht. Zwischen dem ersten Abschnitt 123 und dem zweiten Abschnitt 124 des Trägers 120 ist eine erste Kante 127 angeordnet. Zwischen dem zweiten Abschnitt 124 und dem dritten Abschnitt 125 ist eine zweite Kante 128 angeordnet. Eine erste elektrische Kontaktstelle 141, eine zweite elektrische Kontaktstelle 142 und lichtemittierende Halbleiterchips 110 sind auf der Vorderseite 121 des Trägers angeordnet. Diese sind wiederum untereinander durch Bonddrähte 145 miteinander verbunden. An der ersten Kante 127 und der zweiten Kante 128 ist das Plättchen des Trägers 120 gebogen, so dass das flache Plättchen in eine im Wesentlichen u-förmige Struktur gebracht ist und nicht mehr in einer Ebene angeordnet ist, sondern in mehr als einer Ebene. Die an die erste Kante 127 und die zweite Kante 128 angrenzenden Halbleiterchips 111 sind dabei mit einem verlängerten Bonddraht 146 miteinander verbunden, damit während des Biegevorgangs dieser verlängerte Bonddraht 146 lang genug ist, um den sich durch die Biegung vergrößernden Abstand der Halbleiterchips 111 zu überbrücken.
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Anstelle des verlängerten Bonddrahtes kann auch ein weiterer elektrisch leitfähiger Bereich im Bereich der Kanten 127 und 128 auf dem Träger 120 vorgesehen sein, der jeweils mit einem Bonddraht mit den angrenzenden Halbleiterchips 111 verbunden ist. Wenn der Träger 120 aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, muss in diesem Fall auch an der Stelle dieser weiteren Leiterbahn eine Isolierung angebracht werden.
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10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100, bei dem ein flaches Plättchen durch eine Biegung in eine endgültige Form gebracht werden kann. Ein erster Abschnitt 123 des Trägers 120 weist eine erste elektrische Kontaktierung 141 auf, die auf einer Isolierung 126 angebracht ist. Ein dritter Abschnitt 125 des Trägers 120 weist eine zweite elektrische Kontaktierung 142 auf, die ebenfalls auf einer Isolierung 126 angebracht ist. Im querliegenden zweiten Abschnitt 124 sind lichtemittierende Halbleiterchips 110 angeordnet, die wiederum untereinander mittels Bonddraht 145 miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind und mit der ersten Kontaktstelle 141 und der zweiten Kontaktstelle 142 ebenfalls elektrisch leitfähig verbunden sind. Mittels gestrichelten Linien sind die durch Biegung angedachte erste Kante 127 und zweite Kante 128 dargestellt, die nach einer Biegung des zweiten Abschnittes 124 um 90 Grad entstehen.
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11 zeigt das Filament 100 der 10 mit den genannten Bauteilen nach der Biegung, wodurch in diesem die erste Kante 127 und die zweite Kante 128 entstanden sind. Der zweite Abschnitt 124 ist dabei um 90 Grad verglichen zur 10 umgebogen worden, so dass das Plättchen des Trägers 120 nun nicht mehr in einer Ebene liegt. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft, wenn ein Leuchtmittel mit einer stark gerichteten Strahlung der lichtemittierenden Halbleiterchips erzeugt werden soll.
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11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100 in einer Draufsicht. Auf einer Vorderseite 121 eines Trägers 120 sind wiederum lichtemittierende Halbleiterchips 110 angebracht, die mittels Bonddrähten 145 miteinander verbunden sind und bei der ein lichtemittierender Halbleiterchip 110 mit einer ersten Kontaktstelle 141 verbunden ist. Eine zur Anordnung auf der Vorderseite 121 des Trägers 120 analoge Anordnung von Halbleiterchips 110 ist auf der nicht dargestellten Rückseite 122 des Trägers 120 angebracht. Eine zweite elektrische Kontaktstelle 142 befindet sich ebenfalls auf der Rückseite des Trägers 120. Der Träger 120 weist dabei eine zickzackförmige Struktur auf. Der von der elektrischen Kontaktstelle 141 am weitesten entfernte Halbleiterchip 112 ist dabei mit einem verlängerten Bonddraht 147 mit einem lichtemittierenden Halbleiterchip auf der Rückseite des Trägers verbunden. Von dort sind die Halbleiterchips wiederum in einer Serienschaltung mit der zweiten elektrischen Kontaktstelle auf der Rückseite verbunden, so dass sämtliche lichtemittierenden Halbleiterchips 110 über die erste elektrische Kontaktstelle 141 auf der Vorderseite 121 des Trägers 120 und die zweite elektrische Kontaktstelle auf der Rückseite des Trägers 120 miteinander in Serie verbunden sind.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Träger Aluminium, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid auf. Diese drei Materialien haben die vorausgesetzten thermischen und optischen Eigenschaften für den Träger 120. Für den Fall, dass der Träger ausschließlich aus Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid besteht, kann auf die Isolierungen 126 verzichtet werden. Sollte der Träger außerdem Aluminium aufweisen, so sind die Isolierungen 126 vorzusehen, um elektrische Kurzschlüsse über den Träger zu vermeiden.
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13 zeigt einen Querschnitt durch einen Träger 120. Der Träger 120 besteht aus einer Tragstruktur 131 und einer Beschichtung 132. Auf einer Seite des Trägers 120 ist ein lichtemittierender Halbleiterchip 110 angeordnet. Die Tragstruktur 131 weist eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 27 Watt pro Meter und Kelvin auf. Die Beschichtung weist eine Reflektivität von mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt mindestens 95 % auf. Die Reflektivität bezieht sich dabei auf die Wellenlänge des lichtemittierenden Halbleiterchips 110 und, sollte ein Konverter 130 vorgesehen sein, auch auf die durch die Konversion erzeugten Wellenlängen. Die Beschichtung 132 ist sowohl auf der Vorderseite 121 als auch auf der Rückseite 122 des Trägers angebracht. Der lichtemittierende Halbleiterchip 110 ist nur auf der Vorderseite 121 des Trägers 120 dargestellt. Es ist jedoch möglich, auch auf der Rückseite 122 einen lichtemittierenden Halbleiterchip 110 anzuordnen.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Tragstruktur 131 ein Metall auf. Die Beschichtung 132 weist ein elektrisch isolierendes Material auf. Ein Beispiel hierfür könnte eine Tragstruktur 131 aus Aluminium sein, die mit einem weißen Kunststoff überzogen ist.
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14 zeigt einen weiteren Querschnitt durch einen Träger 120, der aus einer Tragstruktur 131 und einer Beschichtung 132 besteht. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung 132 nicht nur auf der Vorderseite 121 und der Rückseite 122 sondern auch auf den Seitenflächen 129 des Trägers angeordnet. Der Träger ist also rundum von der Beschichtung 132 bedeckt.
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In einem Ausführungsbeispiel weisen die Halbleiterchips 110 elektrische Kontakte auf einer Seite auf, wobei die Halbleiterchips mit einer den elektrischen Kontaktstellen gegenüberliegenden Seite dem Träger zugewandt sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Träger aus einem Material besteht, welches elektrisch leitfähig ist. Da die Halbleiterchips keine Kontaktstellen auf der dem Träger zugewandten Seite besitzen, können sie auch nicht durch den metallischen, beziehungsweise leitfähigen Kontakt mit dem Träger kurzgeschlossen werden. Zusätzlich wird durch dieses Ausführungsbeispiel die Montage und Kontaktierung der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 vereinfacht.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Träger 120 eine Isolationsschicht 126 auf, wobei die Isolationsschicht elektrisch isolierend wirkt.
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15 zeigt ein Leuchtmittel 200 mit dem Filament 100 der 7. Es ist jedoch auch möglich, eines der Filamente der 1 bis 12 für das Leuchtmittel 200 zu verwenden. Das Leuchtmittel 200 weist einen Kolben 210 auf, wobei der Kolben aus einem transparenten Material besteht. Darüber hinaus weist das Leuchtmittel 200 eine elektrische Kontaktierung 220 auf, die in diesem Fall in Form einer konventionellen Glühbirnenfassung gestaltet ist. Das Filament 100 ist mit der elektrischen Kontaktierung 220 elektrisch leitfähig verbunden. Sollten die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 des Filaments 100 ein Vorschaltgerät benötigen, kann dieses innerhalb der Gewindekontaktierung 220 angebracht sein. Der Kolben 210 ist mit einem Gas befüllt, um zusätzliche thermische Leitfähigkeit innerhalb des Kolbens 210 bereitzustellen.
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In einem Verfahren zur Herstellung eines Filaments wird zunächst die Struktur des Trägers durch Stanzen und/oder Sägen und/oder Laserschneiden erzeugt. In einem nächsten Schritt werden auf diesem Träger lichtemittierende Halbleiterchips aufgebracht und kontaktiert. Der Träger ist dabei ein Träger 120 mit den beschriebenen Eigenschaften, also insbesondere der Wärmeleitfähigkeit von mindestens 27 Watt pro Meter und Kelvin und einer Reflektivität von mindestens 75 %, bevorzugt mindestens 85 % und insbesondere bevorzugt mindestens 95 %.
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Ein weiteres Verfahren zum Herstellen eines Filaments 100 besteht darin, dass ein linearer Träger 120 mit Halbleiterchips 110 bestückt wird. Anschließend werden die Halbleiterchips 110 mittels Bonddrähten 145 elektrisch kontaktiert. Anschließend erfolgt das Formen der Struktur des Trägers durch Biegen des Trägers 120, so dass eine erste Kante 127 und eine zweite Kante 128 erzeugt werden. Dieses Verfahren ist also geeignet, um die Ausführungsbeispiele der 9 bis 11 zu erzeugen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Filament
- 101
- Breite des Trägers
- 102
- Höhe des Trägers
- 110
- Halbleiterchip
- 111
- Halbleiterchip
- 112
- Halbleiterchip
- 113
- Breite
- 114
- Länge
- 120
- Träger
- 121
- Vorderseite
- 122
- Rückseite
- 123
- erster Abschnitt des Trägers
- 124
- zweiter Abschnitt des Trägers
- 125
- dritter Abschnitt des Trägers
- 126
- Isolationsschicht
- 127
- erste Kante
- 128
- zweite Kante
- 129
- Seitenfläche
- 130
- Konverter
- 131
- Tragstruktur
- 132
- Beschichtung
- 141
- erste Kontaktstelle
- 142
- zweite Kontaktstelle
- 143
- erste Leiterbahn
- 144
- zweite Leiterbahn
- 145
- Bonddraht
- 146
- verlängerter Bonddraht
- 147
- Bonddraht
- 200
- Leuchtmittel
- 210
- Kolben
- 220
- elektrische Kontaktierung
