DE102016105537A1

DE102016105537A1 - Filament mit lichtemittierenden halbleiterchips, leuchtmittel und verfahren zur herstellung eines filaments

Info

Publication number: DE102016105537A1
Application number: DE102016105537.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schlereth; Elena Rachkova; Michael Bestele; Ivar Tangring
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2017-09-28
Also published as: US20190113181A1; WO2017162821A2; DE112017001510A5; US10731797B2; CN109073165A; DE112017001510B4; CN109073165B; WO2017162821A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filament mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips, die auf einem Träger angeordnet und elektrisch kontaktiert sind. Es ist eine Streustruktur vorgesehen, die eingerichtet ist, Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips zu streuen, und die mittels einer Strukturierung einer Oberfläche ausgeführt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Leuchtmittel mit einem solchen Filament, einem Kolben aus einem transparenten Material und einer elektrischen Kontaktierung, die mit dem Filament elektrisch leitfähig verbunden ist. Der Kolben ist mit einem Gas gefüllt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filaments, bei dem ein Konverter durch einen Spritzgussprozess erzeugt wird und eine Strukturierung einer Oberfläche des Konverters durch die Form des Spritzgusswerkzeugs erzielt wird. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filaments, bei dem eine Strukturierung einer Unterseite eines Trägers durch einen Säge-, Schleif-, Ätz- oder Laserstrukturierungsprozess erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von lichtemittierenden Halbleiterchips, beispielsweise in einem Filament für ein Leuchtmittel. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Leuchtmittel mit solch einem Filament und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen 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.
Lichtemittierende Halbleiterchips, auch LEDs genannt, stellen eine Lichtquelle mit einem guten Wirkungsgrad dar, da sie einen großen Anteil des benötigten elektrischen Stromes in Licht umwandeln. In den letzten Jahren wurden Leuchtmittel mit solchen lichtemittierenden Halbleiterchips entwickelt, die konventionellen Glühbirnen ähnlich sehen und auch so eingesetzt werden können wie konventionelle Glühbirnen. Dabei werden so genannte LED-Filamente eingesetzt, bei denen eine Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips auf einem linearen gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Im eingeschalteten Zustand wirken solche Leuchtmittel ähnlich wie konventionelle Glühbirnen. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist, dass die bisher bekannten LED-Filamente in ihrem Abstrahlprofil stark von den konventionellen Filamenten für konventionelle Glühbirnen abweichen, und so der optische Eindruck ein anderer ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Filament für ein Leuchtmittel mit lichtemittierenden Halbleiterchips bereitzustellen, dessen Abstrahlcharakteristik sich an die Abstrahlcharakteristik des klassischen glühenden Filaments einer konventionellen Glühbirne annähert. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Leuchtmittel mit solch einem Filament und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Filaments bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit dem Filament, dem Leuchtmittel und dem Verfahren zur Herstellung der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein Filament weist eine Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips auf, die auf einen Träger angeordnet sind. Die Halbleiterchips sind elektrisch kontaktiert und es ist eine Streustruktur vorgesehen, wobei die Streustruktur eingerichtet ist, Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips zu streuen. Die Streustruktur ist mittels einer Strukturierung einer Oberfläche ausgeführt. Lichtemittierende Halbleiterchips weisen eine Abstrahlcharakteristik des emittierten Lichts auf, die winkelabhängig ist. Im Gegensatz dazu ist die Abstrahlcharakteristik eines konventionellen Filaments relativ unabhängig vom Abstrahlwinkel. Durch die Streustruktur, die durch die Struktur einer Oberfläche des Filaments ausgeführt ist, kann Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips, welches eigentlich das Filament linear verlassen würde, in andere Richtungen gestreut werden und so eine gleichmäßigere Abstrahlcharakteristik erzielt werden. Die Strukturierung der Oberfläche, um die Streustruktur zu erzeugen, stellt eine einfache Möglichkeit dar, die Abstrahlcharakteristik winkelunabhängiger auszubilden, da die Strukturierung einer Oberfläche relativ einfach mechanisch ausgeführt werden kann.
In einer Ausführungsform ist ein Konverter vorgesehen, wobei der Konverter die lichtemittierenden Halbleiterchips bedeckt. Die Strukturierung der Oberfläche ist auf einer Oberfläche des Konverters ausgeführt. Der Konverter dient dazu, das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips in seiner Wellenlänge zu verschieben, um insbesondere weißes Licht zu erzeugen. Der Konverter eignet sich gut, um die Streustruktur auszubilden.
In einer Ausführungsform umgibt der Konverter den Träger mit den lichtemittierenden Halbleiterchips. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die elektrische Kontaktierung der Halbleiterchips mittels Bonddrähten erfolgt und die Bonddrähte vom Konverter umschlossen werden können, um eine mechanische Stabilität der Bonddrähte zu unterstützen. Dabei kann ein Teil der Oberfläche oder die gesamte Oberflächen des Konverters mit einer Streustruktur ausgebildet sein.
In einer Ausführungsform weist der Konverter eine zylindrische Form auf. Die Strukturierung der Oberfläche ist durch eine Strukturierung wenigstens eines Teils der Mantelfläche der zylindrischen Form des Konverters realisiert. Durch die zylindrische Form des Konverters wird eine strukturierte Oberfläche erzeugt, wodurch die Abstrahlcharakteristik bezogen auf einen Rotationswinkel um die Mantelfläche, verbessert wird. Dabei kann für einige Raumwinkel die Lichtintensität um einen Faktor 2 erhöht werden.
In einer Ausführungsform ist die Strukturierung der Mantelfläche rotationssymmetrisch um eine Zylinderachse. Eine solche rotationssymmetrische Streustruktur kann einfach erzeugt werden und ist deshalb vorteilhaft für die Streustruktur des Konverters. Die Zylinderachse kann dabei auf einer Achse durch den Träger oder auf einer Achse durch die Halbleiterchips liegen.
In einer Ausführungsform weist die Strukturierung der Oberfläche des Konverters eine Größe zwischen 0,2 und 1 Millimeter auf. Eine solche Größe halt sich als vorteilhaft für die Abstrahlcharakteristik des Filaments herausgestellt.
In einer Ausführungsform weist der Träger ein Material mit einer Durchlässigkeit für das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips von mindestens 70 % auf. Eine Unterseite des Trägers ist die den Halbleiterchips abgewandte Seite des Trägers. Die Strukturierung der Oberfläche ist eine Strukturierung der Unterseite des Trägers. Dies bedeutet in anderen Worten, dass die Halbleiterchips auf einer Seite des Trägers angeordnet sind und die den Halbleiterchips gegenüberliegende Seite des Trägers strukturiert ist, um die Streustruktur zu erzeugen. Sollte ein Konverter vorgesehen sein, so soll die Durchlässigkeit für das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips ebenfalls für das durch die Konversion erzeugte Licht anwendbar sein. Dies bedeutet, dass auch das durch den Konverter konvertierte Licht zu mindestens 70 % durch den Träger durchgelassen wird. Mit einer solchen Streustruktur wird die Abstrahlcharakteristik für Licht, das das Filament nicht auf einer Normalen des Trägers verlässt, verbessert. Dabei sind Verbesserungen um bis zu 5 % möglich.
Durch den lichtdurchlässigen Träger und die Streustruktur auf der Unterseite des Trägers kann das Filament eine verbesserte Winkelabstrahlcharakteristik für das abgestrahlte Licht aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die Strukturierung der Unterseite des Trägers durch eine konvexe Form der Unterseite oder eine konkave Form der Unterseite realisiert. Konvexe und/oder konkave Formen der Unterseite können dabei als Streustruktur dienen, die die Abstrahlcharakteristik für verschiedene Abstrahlwinkel beeinflusst.
In einer Ausführungsform weist eine Unterseite des Trägers eine im Querschnitt dreieckige Ausnehmung parallel zu einer ersten Erstreckungsrichtung auf. Die erste Erstreckungsrichtung ist dabei entlang des Trägers und der Halbleiterchips definiert. Auch eine solche dreieckige Ausnehmung stellt eine Streustruktur dar, mit der die Abstrahlcharakteristik für verschiedene Abstrahlwinkel verbessert werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass eine erste Kontaktstelle und eine zweite Kontaktstelle bezogen auf die erste Erstreckungsrichtung an verschiedenen Enden des Trägers angeordnet sind.
In einer Ausführungsform ist das Dreieck der Ausnehmung ein gleichschenkliges Dreieck. In einer Ausführungsform weist der Träger mehrere im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen auf.
Die Mehrzahl von im Querschnitt dreieckigen Ausnehmungen kann dabei aus identisch oder unterschiedlich ausgeformt sein. Ferner ist es möglich, dass die Ausnehmungen periodisch oder nicht-periodisch auf der Unterseite angeordnet sind.
Das gleichschenklige Dreieck führt dazu, dass die Abstrahlcharakteristik symmetrisch zu einer Ebene durch den Träger und die Halbleiterchips ist. Die mehreren Ausnehmungen verbessern die Abstrahlcharakteristik für verschiedene Raumwinkel weiter.
In einer Ausführungsform weist der Träger wiederum die erste Erstreckungsrichtung auf. Die Unterseite des Trägers weist mehrere im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen quer zur ersten Erstreckungsrichtung auf. Auch für eine solche Anordnung der Ausnehmungen kann die Abstrahlcharakteristik des Filaments für verschiedene Abstrahlwinkel verbessert werden.
In einer Ausführungsform weist eine auf der Unterseite des Trägers liegende Seite des Dreiecks Abmessungen zwischen 0,2 und 1 Millimeter auf. Diese Größe der Ausnehmungen hat sich als besonders vorteilhaft für die Verbesserung der Abstrahlcharakteristik für verschiedene Abstrahlwinkel herausgestellt.
In einer Ausführungsform weist die Strukturierung der Unterseite des Trägers eine pyramidenförmige Struktur auf. Dies kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass dreieckige Ausnehmungen der Unterseite parallel zur ersten Erstreckungsrichtung und quer zur ersten Erstreckungsrichtung ausgeführt werden. Dadurch entstehen auf der Unterseite pyramidenförmige Strukturen. Auch diese pyramidenförmigen Strukturen haben sich als vorteilhaft für die Abstrahlcharakteristik des Filaments herausgestellt.
In einer Ausführungsform ist die komplette Unterseite des Trägers mit mehreren pyramidenförmigen Strukturen bedeckt. In einer Ausführungsform weist die pyramidenförmige Struktur Abmessungen zwischen 0,2 und 1 Millimeter auf. Auch in diesem Fall haben sich diese Abmessungen als vorteilhaft für die Abstrahlcharakteristik herausgestellt.
In einer Ausführungsform weist das Filament sowohl eine der beschriebenen Strukturierungen der Oberfläche des Konverters als auch eine der beschriebenen Strukturierungen der Unterseite des Trägers auf. Durch die Kombination der beiden Strukturierungen ergibt sich eine besonders vorteilhafte Abstrahlcharakteristik des Filaments.
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. Der Kolben ist mit einem Gas gefüllt, wobei das Gas dazu dient, Abwärme, die beim Betrieb der lichtemittierenden Halbleiterchips entsteht, an die Kolbenwand zu leiten, um so die lichtemittierenden Halbleiterchips zu kühlen. Dies ist insbesondere notwendig, da die für das Substrat verwendeten Materialien mit einer Durchlässigkeit für das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips beziehungsweise des Konverters von mindestens 70 % im Allgemeinen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Ein Leuchtmittel mit solch einer Anordnung und solch einem Filament sieht deutlich ähnlicher aus als eine klassische Glühbirne, verglichen mit Leuchtmitteln mit LED-Filamenten konventioneller Bauart.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Filaments wird der Konverter durch einen Spritzgussprozess erzeugt. Die Strukturierung der Oberfläche des Konverters wird durch die Form des Spritzgusswerkzeuges erzielt. Die Strukturierung der Oberfläche des Konverters mittels eines Spritzgusswerkzeuges ist eine einfache und technisch gut beherrschbare Methode, einen Konverter mit einer strukturierten Oberfläche zu erzeugen.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Filaments wird die Strukturierung der Unterseite des Trägers durch einen Säge-, Schleif-, Ätz- oder Laserstrukturierungsprozess erzeugt. Dabei ist zu beachten, dass durch einen Säge-, Schleif- oder Laserstrukturierungsprozess insbesondere eine matte, milchglasartige Oberfläche des Trägers erzeugt wird. Bei der Anwendung des Ätzprozesses ist es sowohl möglich, eine milchglasartige, aber auch eine polierte Oberfläche zu erhalten.
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
1 eine Draufsicht auf ein Filament mit lichtemittierenden Halbleiterchips;
2 einen Querschnitt durch ein Filament mit einem Konverter mit einer strukturierten Oberfläche;
3 eine Draufsicht auf ein Filament, bei dem der Konverter den Träger umgibt;
4 eine Draufsicht auf ein Filament, bei dem die gesamte, durch die zylindrische Form des Konverters erzeugte, Mantelfläche des Konverters strukturiert ist;
5 eine Draufsicht auf ein Filament mit Konverterplättchen mit Strukturierung;
6 eine Draufsicht auf ein Filament mit einer konvexen Unterseite;
7 einen Querschnitt durch ein Filament mit einer konvexen Unterseite;
8 eine Draufsicht auf ein Filament mit einer konkaven Unterseite;
9 einen Querschnitt durch ein Filament mit einer konkaven Unterseite;
10 einen Querschnitt durch ein Filamente mit einer Ausnehmung der Unterseite parallel zur ersten Erstreckungsrichtung;
11 bis 13 Querschnitte durch Filamente mit einer oder mehreren dreieckigen Ausnehmungen der Unterseite parallel zur ersten Erstreckungsrichtung;
14 eine Draufsicht auf ein Filament mit mehreren dreieckigen Ausnehmungen der Unterseite quer zur ersten Erstreckungsrichtung;
15 eine Draufsicht auf ein Filament, bei dem die komplette Unterseite mit dreieckigen Ausnehmungen quer zur ersten Erstreckungsrichtung bedeckt ist;
16 eine Draufsicht auf ein Filament mit pyramidenförmigen Strukturen der Unterseite;
17 einen Querschnitt durch ein Filament mit pyramidenförmigen Strukturen auf der Unterseite des Trägers;
18 eine Draufsicht auf die Unterseite des Trägers mit pyramidenförmigen Strukturen; und
19 ein Leuchtmittel mit einem Filament.
1 zeigt eine seitliche Draufsicht auf ein Filament 100. Mehrere lichtemittierende Halbleiterchips 110 sind auf einem Träger 130 angebracht. An einem Ende des Trägers 130 befindet sich eine erste elektrische Kontaktstelle 121, am gegenüberliegende Ende des Trägers 130 befindet sich eine zweite elektrische Kontaktstelle 122. Die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 sind untereinander mit Bonddrähten 120 elektrisch leitfähig verbunden, die jeweils äußersten lichtemittierenden Halbleiterchips 110 sind mit einem weiteren Bonddraht 120 jeweils mit den elektrischen Kontaktstellen 121, 122 elektrisch leitfähig verbunden. Zwischen den Halbleiterchips 110 ist jeweils eine Streustruktur 105 angeordnet, die aus mehreren Vertiefungen des Trägers besteht. Auch zwischen den Kontaktstellen 121, 122 und den jeweils angrenzenden Halbleiterchips 110 ist eine solche Streustruktur 105 angeordnet. Die Streustruktur 105 ist also mittels einer Strukturierung einer Oberfläche ausgeführt. Auf der den Halbleiterchips 110 gegenüberliegenden Unterseite 131 des Trägers 130 kann ebenfalls eine Streustruktur vorgesehen sein, die mittels Strukturierung der Unterseite 131, also einer Oberfläche des Trägers 130 ausgeführt ist. Diese Strukturierung kann beispielsweise durch ein Schleifen oder Ätzen der Unterseite 131 des Trägers ausgeführt sein, wodurch der Träger 130 eine matte Oberfläche erhält. Ein Beispiel für ein Material des Trägers 130 kann dabei Glas und/oder Saphir sein.
Auch jede andere Art von Träger 130 mit wenigstens zwei Halbleiterchips 110, die auf dem Träger 130 angeordnet sind, kann als Filament 100 angesehen werden. Die Art der elektrischen Kontaktierung und der elektrischen Leitungsführung kann unterschiedlich ausgeführt sein.
2 zeigt einen weiteren Querschnitt durch ein Filament 100 mit mehreren lichtemittierenden Halbleiterchips 110 auf einem Träger 130. Die Halbleiterchips 110 sind mit Bonddrähten 120 elektrisch leitfähig verbunden. Zusätzlich sind die Halbleiterchips 110 mit einem Konverter 140 bedeckt, wobei der Konverter 140 auf Oberseite 137 des Trägers 130 angeordnet ist und die Oberseite 137 großteils bedeckt. Eine dem Träger 130 abgewandte Oberfläche 141 des Konverters 140 ist in der Form strukturiert und bildet damit eine Streustruktur 105 des Filaments 100. Als Formen der Strukturierung kommen Ausnehmungen, Erhebungen oder ein Aufrauen der Oberfläche 141 in Betracht.
3 zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100. Ein Träger 130 weist an den Enden elektrische Kontaktstellen 121, 122 auf. Der Konverter 140 umgibt den Träger 130 mit den deswegen nicht mehr dargestellten lichtemittierenden Halbleiterchips 110, die sich im Inneren des Konverters 140 befinden und zum Beispiel wie in 1 dargestellt ausgeführt sind. Die Halbleiterchips 110 und die Bonddrähte 120 werden von einer Vorderseite 142 des Konverters 140 verdeckt. Der Konverter 140 kann dabei eine im Wesentlichen quaderförmige Form aufweisen, wobei eine Oberfläche 141 des Konverters, die oberhalb der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 angeordnet ist, strukturiert ist. Die Oberfläche 141 bildet also die Streustruktur 105. Da die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 und die Bonddrähte 120 vom Konverter 140 umschlossen werden, kann eine mechanische Stabilität der Bonddrähte 120 erreicht werden, wodurch das Filament 100 insgesamt mechanisch stabiler wird.
Anstelle der in 3 dargestellten Streustruktur 105, die sich über die gesamte Oberfläche 105 erstreckt, kann es vorgesehen sein, dass sich die Streustruktur 105 nur über eine Teilfläche des Konverters 140 erstreckt. Auch sich abwechselnde Bereiche von strukturierten und nicht strukturierten Oberflächen sind denkbar.
4 zeigt ein weiteres Filament 100 mit einem Träger 130 und mit einer ersten elektrischen Kontaktstelle 121 am einen Ende des Trägers 130 und einer zweiten elektrischen Kontaktstelle 122 am zweiten Ende des Trägers 130. Der Konverter 140 weist eine zylindrische Form auf. Die Strukturierung der Oberfläche des Konverters ist eine Strukturierung der gesamten Mantelfläche 143 der zylindrischen Form des Konverters 140. Die strukturierte Mantelfläche 143 bildet die Streustruktur 105. Der Konverter 140 wiederum umschließt die lichtemittierenden Halbleiterchips 110 und die Bonddrähte 120, die aus diesem Grund ebenfalls nicht in 4 dargestellt sind. Es kann vorgesehen sein, dass die Streustruktur 105 nicht auf der gesamten Mantelfläche 143 ausgeführt ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Strukturierung der Mantelfläche 143 rotationssymmetrisch um eine Achse des Zylinders. Dies ist in 4 ebenfalls angedeutet. Es ist jedoch auch möglich, eine Strukturierung der Mantelfläche 143 vorzusehen, die nicht rotationssymmetrisch ist.
5 zeigt ein Filament 100 mit lichtemittierenden Halbleiterchips 110 auf einem Träger 130, wobei der Träger 130 elektrische Kontaktstellen 121, 122 aufweist. Die Halbleiterchips 110 weisen jeweils ein Konverterplättchen 144 auf. Eine Oberfläche der Konverterplättchen 144, nämlich die den lichtemittierenden Halbleiterchips 110 abgewandte Oberfläche, ist strukturiert und bildet die Streustruktur 105.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Träger 130 ein Material mit einer Durchlässigkeit für das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 und/oder des Lichts, das durch Konversion der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 innerhalb des Konverters 140 erzeugt wird, von mindestens 70 % auf. Als Materialien für den Träger 130 kommen dabei beispielsweise Glas oder Saphir in Betracht, wobei beide Materialien die geforderten Durchlässigkeiten für sichtbares Licht aufweisen.
6 zeigt eine Draufsicht auf ein Filament 100 mit lichtemittierenden Halbleiterchips 110 und einer ersten elektrischen Kontaktstelle 121 und einer zweiten elektrischen Kontaktstelle 122, die jeweils auf einem Träger 130 angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung der lichtemittierenden Halbleiterchips ist in 6 nicht dargestellt, kann aber analog zur 1 mit Bonddrähten oder aber auch mittels Leiterbahnen auf dem Träger 130 realisiert sein. Die elektrische Kontaktierung der lichtemittierenden Halbleiterchips ist im Folgenden nicht mehr dargestellt.
Eine konvexe Unterseite 132 des Trägers stellt die Strukturierung der Unterseite 131 des Trägers dar, welche die Streustruktur 105 bildet.
7 zeigt einen Querschnitt durch das Filament 100 der 6. Dargestellt ist der Träger 130 mit der konvexen Unterseite 132 und einem auf der gegenüberliegenden Seite des Trägers 130 angebrachten lichtemittierenden Halbleiterchip 110.
8 zeigt ein Filament 100, bei dem die Unterseite 131 des Trägers 130 eine konkave Form aufweist. Aufgrund der konkaven Form der Unterseite 131 und der Tatsache, dass es sich bei 8 um eine Draufsicht auf ein Filament 100 handelt, ist die konkave Form der Unterseite 131 nicht sichtbar, da sie von der Vorderseite des Trägers 130 verdeckt wird. Auf der der Unterseite 131 gegenüberliegenden Seite des Trägers sind wiederum lichtemittierende Halbleiterchips 110 und elektrische Kontaktstellen 121, 122 angeordnet. 9 zeigt einen Querschnitt durch das Filament 100 der 8. Der Träger 130 weist eine konkave Unterseite 133 auf, auf der der konkaven Unterseite 133 gegenüberliegenden Seite ist ein lichtemittierender Halbleiterchip 110 angeordnet.
Die konkave beziehungsweise konvexe Form der Unterseite 131 des Trägers 130 kann auch mittels Facetten erzielt werden.
10 zeigt einen Querschnitt durch ein Filament, bei dem die Streustruktur 105 als Ausnehmung 136 auf der Unterseite 131 des Trägers 130 ausgeführt ist. Die Ausnehmung 136 weist dabei einen Halbkreisförmigen Querschnitt auf, es sind jedoch auch andere Querschnitte denkbar. Von der Seite würde dieses Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel der 8 entsprechen.
Ebenso können mehrere Ausnehmungen analog zur Ausnehmung 136 der 10 auf der Unterseite 131 des Trägers 130 die Streustruktur 131 bilden. Die Ausnehmungen können dabei identisch oder nicht identisch sein. Außerdem können die Ausnehmungen periodisch oder nicht-periodisch, angeordnet sein.
Die 11 bis 13 zeigen jeweils einen Querschnitt durch ein Filament mit Ausnehmungen 134 auf der Unterseite 131 des Trägers 130. Die Seitenansichten dieser Filamente 100 würden wiederum der 8 entsprechen. Die Ausnehmungen 134 sind dabei eine oder mehrere im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen 134 auf der Unterseite 131. Auf der der Unterseite 131 gegenüberliegenden Seite des Trägers 130 ist ein lichtemittierender Halbleiterchip 110 angebracht. Das Filament 100 der 11 weist dabei eine im Querschnitt dreieckige Ausnehmung 134 auf. Das Filament 100 der 12 weist drei aneinander angrenzende im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen 134 auf. Das Filament 100 der 12 weist fünf nebeneinanderliegende im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen 134 auf, wobei in 12 die fünf dreieckigen Ausnehmungen 134 die komplette Unterseite 131 des Trägers bedecken.
14 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100. Die Merkmale des Filaments 100 der 14 entsprechen im Wesentlichen den Merkmalen der 10. Im Gegensatz zur 10 sind beim Ausführungsbeispiel der 14 im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen parallel zur ersten Erstreckungsrichtung angeordnet, wobei die dreieckigen Ausnehmungen 134 jeweils unterhalb der lichtemittierenden Halbleiterchips 110 angeordnet sind. Zwischen den Bereichen der dreieckigen Ausnehmungen 134 sind auf der Unterseite 131 des Trägers 130 weitere Bereiche, in denen keine Ausnehmung angeordnet ist.
15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Filaments 100, bei dem die gesamte Unterseite 131 des Trägers 130 mit dreieckigen Ausnehmungen 134 bedeckt ist, und das ansonsten dem Ausführungsbeispiel der 14 entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Dreieck der dreieckigen Ausnehmung 134 ein gleichschenkliges Dreieck. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Dreieck nicht gleichschenklig.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Seite des Dreiecks zwischen 0,2 und 1 Millimeter groß. Ausnehmungen in dieser Größenordnung haben sich als besonders vorteilhaft für die Streuung des Lichts der lichtemittierenden Halbleiterchips beziehungsweise des Konverters 140 herausgestellt.
16 zeigt ein Filament 100 in der Seitenansicht, bei dem die Streustruktur auf der Unterseite 131 des Trägers eine pyramidenförmige Struktur 135 aufweist. 17 zeigt einen Querschnitt durch das Filament 100 der 16. Dabei entspricht die 17 der 12 und die 16 der 15, die pyramidenförmige Struktur 135 entsteht also dadurch, dass die dreieckigen Ausnehmungen 134 der 12 mit den dreieckigen Ausnehmungen 134 der 15 überlagert werden. Es ist jedoch auch möglich, pyramidenförmige Strukturen 135 erzeugen, bei denen nicht die gesamte Unterseite 131 des Trägers mit pyramidenförmigen Strukturen bedeckt ist. 18 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite 131 des Trägers 130, bei der die pyramidenförmigen Strukturen 135 sichtbar werden.
Die Ausführungsbeispiele der 2 bis 4 lassen sich beliebig mit den Ausführungsbeispielen der 6 bis 17 kombinieren.
19 zeigt ein Leuchtmittel 200 mit einem Filament 100, welches einem der Filamente der 1 bis 17 entspricht, einen Kolben 210 aus einem lichtdurchlässigen Material und einer elektrischen Kontaktierung 220, die als Schraubgewinde ähnlich dem Schraubgewinde einer konventionellen Glühbirne ausgeführt ist. Die elektrische Kontaktierung 220 ist mit dem Filament 100 elektrisch leitfähig verbunden und der Kolben 210 mit einem Gas gefüllt.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Filaments 100 wird der Konverter 140 durch einen Spritzgussprozess erzeugt. Die Strukturierung der Oberfläche 141 des Konverters erfolgt durch die Form des Spritzgusswerkzeuges. Mit diesem Verfahren lassen sich die Filamente der 2 bis 4 herstellen.
In einem Verfahren zur Herstellung eines Filaments wird die Strukturierung der Unterseite 131 des Trägers 130 durch einen Säge-, Schleif-, Ätz- oder Laserstrukturierungsprozess erzeugt. Die Filamente der 1 beziehungsweise 5 bis 17 lassen sich mithilfe dieses Verfahrens herstellen.
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.
Bezugszeichenliste

100: Filament
105: Streustruktur
110: Halbleiterchip
120: Bonddraht
121: erste Kontaktstelle
122: zweite Kontaktstelle
130: Träger
131: Unterseite des Trägers
132: konvexe Unterseite des Trägers
133: konkave Unterseite des Trägers
134: dreieckige Ausnehmungen
135: pyramidenförmige Struktur
136: Ausnehmung
137: Oberseite des Trägers
140: Konverter
141: Oberfläche des Konverters
142: Vorderseite des Konverters
143: Mantelfläche
144: Konverterplättchen
200: Leuchtmittel
210: Kolben
220: elektrische Kontaktierung

Claims

Filament (100) mit einer Mehrzahl von lichtemittierenden Halbleiterchips (110), wobei die Halbleiterchips (110) auf einem Träger (130) angeordnet sind, wobei die Halbleiterchips (110) elektrisch kontaktiert sind, wobei eine Streustruktur (105) vorgesehen ist, wobei die Streustruktur (105) eingerichtet ist, Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips (110) zu streuen, und wobei die Streustruktur (105) mittels einer Strukturierung einer Oberfläche ausgeführt ist.
Filament (100) nach Anspruch 1, wobei ein Konverter (140) vorgesehen ist, wobei der Konverter (140) die lichtemittierenden Halbleiterchips (110) bedeckt und wobei die Strukturierung der Oberfläche auf einer Oberfläche (141) des Konverters (140) ausgeführt ist.
Filament (100) nach Anspruch 2, wobei der Konverter (140) den Träger (130) mit den lichtemittierenden Halbleiterchips (110) umgibt.
Filament (100) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Konverter (140) eine zylindrische Form aufweist und die Strukturierung der Oberfläche (141) eine Strukturierung der Mantelfläche (143) der zylindrischen Form des Konverters (140) ist.
Filament (100) nach Anspruch 4, wobei die Strukturierung der Mantelfläche (143) rotationssymmetrisch um eine Zylinderachse ausgebildet ist.
Filament (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (130) ein Material mit einer Durchlässigkeit für das Licht der lichtemittierenden Halbleiterchips (110) von mindestens 70 % aufweist, wobei eine Unterseite des Trägers (130) die den Halbleiterchips (110) abgewandte Seite des Trägers (130) ist, und wobei die Strukturierung der Oberfläche eine Strukturierung der Unterseite (131) und/oder einer Seitenfläche des Trägers (130) ist.
Filament (100) nach Anspruch 6, wobei die Strukturierung der Unterseite (131) und/oder der Seitenfläche des Trägers (130) durch eine konvexe Form oder eine konkave Form der Unterseite (131) realisiert ist.
Filament (100) nach Anspruch 6, wobei eine erste und eine zweite elektrische Kontaktstelle (121, 122) an jeweils einem Ende des Trägers (130) angeordnet sind, wobei der Träger (130) eine erste Erstreckungsrichtung von der ersten Kontaktstelle (121) zur zweiten Kontaktstelle (122) aufweist und wobei die Unterseite (131) und/oder der Seitenfläche des Trägers (130) parallel zur ersten Erstreckungsrichtung eine Ausnehmung (136) aufweist.
Filament (100) nach Anspruch 8, wobei die Ausnehmung (136) im Querschnitt dreieckig ist, und wobei das Dreieck ein gleichschenkliges Dreieck ist.
Filament (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Träger (130) mehrere im Querschnitt dreieckige Ausnehmungen (134) aufweist.
Filament (100) nach Anspruch 6, wobei eine erste und eine zweite elektrische Kontaktstelle (121, 122) an jeweils einem Ende des Trägers (130) angeordnet sind, wobei der Träger (130) eine erste Erstreckungsrichtung von der ersten Kontaktstelle (121) zur zweiten Kontaktstelle (122) aufweist und wobei die Unterseite (131) und/oder der Seitenfläche des Trägers (130) quer zur ersten Erstreckungsrichtung mehrere Ausnehmungen (134) aufweist.
Filament (100) nach Anspruch 6, wobei die Strukturierung der Unterseite (131) und/oder der Seitenfläche des Trägers (130) eine pyramidenförmige Struktur (135) aufweist.
Filament (100) nach Anspruch 12, wobei die komplette Unterseite (131) und/oder Seitenfläche des Trägers (130) mit mehreren pyramidenförmigen Strukturen (135) bedeckt ist.
Leuchtmittel (200) mit einem Filament (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem Kolben (210) aus einem transparenten Material und einer elektrischen Kontaktierung (220), wobei die elektrische Kontaktierung (220) mit dem Filament (100) elektrisch leitfähig verbunden ist und wobei der Kolben (210) mit einem Gas gefüllt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Filaments (100) nach den Ansprüchen 2 bis 5, wobei der Konverter (140) durch einen Spritzgussprozess erzeugt wird, und wobei die Strukturierung der Oberfläche (141, 143) des Konverters (140) durch die Form des Spritzgusswerkzeugs erzielt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Filaments (100) nach den Ansprüchen 6 bis 13, wobei die Strukturierung der Unterseite (131) des Trägers (130) durch einen Säge-, Schleif-, Ätz- oder Laserstrukturierungsprozess erzeugt wird.