DE102016117594A1 - Licht emittierende Vorrichtung - Google Patents

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Sergey Kudaev
Krister Bergenek
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

Es wird eine Licht emittierende Vorrichtung (10) angegeben, die eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100), die auf einer Montagefläche (201) eines Trägers (200) angeordnet sind, und ein erstes transluzentes Element (400) und ein zweites transluzentes Element (500) aufweist, wobei das erste transluzente Element (400) von der Montagefläche (201) aus gesehen über der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100) angeordnet ist und das zweite transluzente Element (500) auf einer dem ersten transluzenten Element (400) gegenüberliegenden Seite der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100) angeordnet ist, so dass die Leuchtdiodenchips (100) zwischen dem ersten und dem zweiten transluzenten Element (400, 500) angeordnet sind, und wobei im Betrieb von den Leuchtdiodenchips (100) erzeugtes Licht durch das erste und zweite transluzente Element (400, 500) nach außen abgestrahlt wird.

Description

  • Es wird eine Licht emittierende Vorrichtung angegeben.
  • Als Ersatz für klassische Beleuchtungselemente wie etwa Glühlampen werden immer öfter so genannte Retrofits eingesetzt, die in ihrem Aufbau möglichst ähnlich den klassischen Beleuchtungselementen gehalten sind, als Lichtquellen jedoch Licht emittierende Dioden verwenden. Um weißes Licht zu erzeugen, können typischerweise blau emittierende Licht emittierende Dioden mit gelben oder orangefarbigen Leuchtstoffen eingesetzt und beispielsweise in einer länglichen Anordnung als so genanntes Filament anstelle eines Glühdrahts verwendet werden. Im ausgeschalteten Zustand erscheint das Filament aufgrund des Leuchtstoffs jedoch üblicherweise gelblich oder orangefarbig, was aus ästhetischen Gründen unerwünscht sein kann.
  • Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Licht emittierende Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Leuchtdiodenchips anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine Licht emittierende Vorrichtung eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips auf. Die Leuchtdiodenchips können eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung von Licht aufweisen, die mittels eines Epitaxieverfahrens, beispielsweise mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE), auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen wird. Je nach zu emittierender Wellenlänge können die Leuchtdiodenchips eine Halbleiterschichtenfolge auf der Basis von verschiedenen Halbleitermaterialsystemen aufweisen. Für eine langwellige, infrarote bis rote Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yAs geeignet, für rote bis gelbe Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yP geeignet und für kurzwellige sichtbare, also insbesondere für grüne bis blaue, Strahlung und/oder für UV-Strahlung ist beispielsweise eine Halbleiterschichtenfolge auf Basis von InxGayAl1-x-yN geeignet, wobei jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gilt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Vorrichtung einen Träger auf, auf dem die Mehrzahl von Leuchtdiodenchips angeordnet ist. Insbesondere kann der Träger eine Montagefläche aufweisen, auf der die Mehrzahl von Leuchtdiodenchips angeordnet ist. Besonders bevorzugt können alle Leuchtdiodenchips der Licht emittierenden Vorrichtung auf einer selben Seite des Trägers angeordnet sein. Das kann mit anderen Worten bedeuten, dass der Träger genau auf einer Seite eine Montagefläche zur Montage der Leuchtdiodenchips aufweist, während alle anderen Seiten des Trägers frei von Leuchtdiodenchips sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Träger länglich entlang einer longitudinalen Richtung ausgebildet. Das kann mit anderen Worten bedeuten, dass der Träger stabförmig mit einer Haupterstreckungsrichtung in longitudinaler Richtung ausgebildet ist und in dazu senkrechten Richtungen deutlich geringere Abmessungen aufweist. Entsprechend kann auch die Montagefläche, die sich entlang der longitudinalen Richtung und einer dazu senkrecht angeordneten lateralen Richtung erstrecken kann, entlang der longitudinalen Richtung eine deutlich größere Abmessung als entlang der lateralen Richtung aufweisen. Bevorzugt können alle Leuchtdiodenchips der Licht emittierenden Vorrichtung entlang der longitudinalen Richtung auf der Montagefläche angeordnet sein. Mit anderen Worten können alle Leuchtdiodenchips der Licht emittierenden Vorrichtung entlang einer Linie, die sich in longitudinaler Richtung erstreckt, auf dem Träger angeordnet sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Träger zur elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiodenchips elektrische Kontaktelemente auf. Insbesondere kann der Träger an zwei gegenüberliegenden Enden, besonders bevorzugt an zwei sich in longitudinaler Richtung gegenüberliegenden Enden, jeweils ein elektrisches Kontaktelement aufweisen. Mittels der Kontaktelemente können insbesondere alle Leuchtdiodenchips der Licht emittierenden Vorrichtung elektrisch kontaktierbar sein. Dazu können die Leuchtdiodenchips insbesondere eine Serienschaltung bilden, die mittels der elektrischen Kontaktelemente elektrisch kontaktierbar ist. Insbesondere können alle Leuchtdiodenchips der Licht emittierenden Vorrichtung Teil der Serienschaltung sein. Die beiden elektrischen Kontaktelemente können insbesondere die einzigen elektrischen Kontakteelemente der Licht emittierenden Vorrichtung sein, mittels derer die Leuchtdiodenchips elektrisch kontaktiert werden können. Weiterhin können die elektrischen Kontaktelemente zur mechanischen Montage der Licht emittierenden Vorrichtung in einer externen, nicht zur Licht emittierenden Vorrichtung gehörenden Halterung vorgesehen und eingerichtet sein. Die Halterung, mittels derer die Licht emittierende Vorrichtung befestigt werden kann, kann insbesondere Teil einer Beleuchtungseinrichtung sein, die die Licht emittierende Vorrichtung als Licht erzeugendes Element aufweist. Die Halterung kann gleichzeitig eine elektrische Zuleitung für die Licht emittierende Vorrichtung bilden. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung einen einer Glühlampe entsprechenden Aufbau aufweisen und in ihrer äußeren Form wie eine klassische Glühbirne aussehen, wobei die Licht emittierende Vorrichtung anstelle eines Glühdrahts verwendet wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Licht emittierende Vorrichtung ein erstes transluzentes Element und ein zweites transluzentes Element auf. „Transluzent” bedeutet hier und im Folgenden durchlässig aber nicht klar durchscheinend für Licht. Die transluzenten Elemente erscheinen daher einem Betrachter bei Tageslicht bevorzugt weiß, insbesondere milchig weiß, oder grau, wobei unter den transluzenten Elementen angeordnete Komponenten nicht oder allenfalls nur schemenhaft zu erkennen sind. Insbesondere können die transluzenten Elemente Licht streuend sein. Hierzu können die transluzenten Elemente Strukturen aufweisen, an denen Licht gestreut wird. Solche Strukturen können Partikel in einem die Partikel umgebenden Matrixmaterial und/oder Oberflächenstrukturen und/oder Partikel- oder Kristallgrenzen in einem gesinterten oder polykristallinen Material aufweisen oder daraus sein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das erste transluzente Element von der Montagefläche ausgesehen über der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips angeordnet, während das zweite transluzente Element auf einer dem ersten transluzenten Element gegenüberliegenden Seite der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips angeordnet ist. Die Leuchtdiodenchips sind somit zwischen dem ersten und zweiten transluzenten Element, insbesondere in einer zur Montagefläche vertikalen Richtung, angeordnet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird im Betrieb von den Leuchtdiodenchips erzeugtes Licht durch beide transluzenten Elemente, also durch das erste und das zweite transluzente Element, nach außen in die Umgebung abgestrahlt. Die Licht emittierende Vorrichtung strahlt somit im Betrieb durch beide transluzenten Elemente Licht von der Montagefläche aus gesehen zumindest nach oben und unten ab.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Leuchtdiodenchips durch das erste und zweite transluzente Element umschlossen, so dass alles Licht, das von den Leuchtdiodenchips nach außen hin in die Umgebung gelangt, zumindest eines der transluzenten Elemente durchdringen muss. Weiterhin können das erste transluzente Element eine von den Leuchtdiodenchips abgewandte erste Oberfläche und das zweite transluzente Element eine von den Leuchtdiodenchips abgewandte zweite Oberfläche aufweisen. Die erste und zweite Oberfläche können Grenzflächen der Licht emittierenden Vorrichtung zur Umgebung bilden. Mit anderen Worten bilden die transluzenten Elemente und insbesondere deren von den Leuchtdiodenchips weggewandten Oberflächen Außenseiten der Licht emittierenden Vorrichtung.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das erste transluzente Element eine Streuschicht auf oder wird durch eine Streuschicht gebildet, die beispielsweise als Verguss über den Leuchtdiodenchips ausgebildet sein kann. Weiterhin kann auch das zweite transluzente Element eine Streuschicht aufweisen oder daraus sein. Beispielsweise kann die Streuschicht des zweiten transluzenten Elements auf einer den Leuchtdiodenchip abgewandten Seite des Trägers aufgebracht sein, etwa als Verguss. In diesem Fall kann der Träger bevorzugt transparent ausgebildet sein, beispielsweise mit oder aus Glas, Kunststoff und/oder Saphir. Anstelle eines Vergusses kann eine Streuschicht beispielsweise auch einen in einem Formprozess wie etwa Spritzguss hergestellten Formkörper aufweisen oder daraus sein.
  • Insbesondere kann die Streuschicht des ersten und/oder zweiten transluzenten Elements ein transparentes Matrixmaterial aufweisen, in dem Streupartikel enthalten sind. Das Matrixmaterial und die Streupartikel sind insbesondere so aufeinander abgestimmt, dass die Streuschicht möglichst transluzent ist, also möglichst wenig klar durchscheinend und dennoch möglichst durchlässig für Licht. Das transparente Matrixmaterial kann beispielsweise Siloxane, insbesondere Silikone, Epoxide, Acrylate, Methylmethacrylate, Imide, Carbonate, Olefine, Styrole, Urethane oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren und weiterhin auch Mischungen, Copolymere oder Verbindungen damit aufweisen. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Silikonharz, Epoxidharz, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polystyrol, Polycarbonat, Polyacrylat, Polyurethan sowie Verbindungen und Mischungen daraus aufweisen oder sein. Die Streupartikel können beispielsweise ein Metalloxid, so etwa Titanoxid oder Aluminiumoxid wie etwa Korund, und/oder Glaspartikel aufweisen. Die Streupartikel können dabei Durchmesser oder Korngrößen von weniger als einem Mikrometer bis zu einer Größenordnung von 10 Mikrometer oder auch bis zu 100 Mikrometer aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu Partikeln können im Matrixmaterial auch Hohlräume, etwa durch Gasblasen oder Luftblasen gebildet, enthalten sein.
  • Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das zweite transluzente Element durch den Träger gebildet ist. In diesem Fall weist der Träger ein transluzentes Material auf oder ist daraus. Beispielsweise kann der Träger wie eine vorab beschriebene Streuschicht ausgebildet sein. Weiterhin kann der Träger beispielsweise auch eine transluzente polykristalline Keramik, beispielsweise mit oder aus Aluminiumoxid, aufweisen oder daraus sein. Für den Fall, dass der Träger das zweite transluzente Element bildet, kann eine den Leuchtdiodenchips abgewandte Seite des Trägers eine Außenseite der Licht emittierenden Vorrichtung bilden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen jedem der Leuchtdiodenchips und dem ersten transluzenten Element ein Wellenlängenkonversionselement angeordnet. Das kann bedeuten, dass über den Leuchtdiodenchips ein gemeinsames Wellenlängenkonversionselement angeordnet ist, das sich über die Mehrzahl von Leuchtdiodenchips zusammenhängend erstreckt. Alternativ hierzu kann die Licht emittierende Vorrichtung auch eine Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen aufweisen, von denen jeweils ein Wellenlängenkonversionselement über einem Leuchtdiodenchip angeordnet ist. Wellenlängenkonversionselemente über jeweils benachbarten Leuchtdiodenchips können diesem Fall räumlich voneinander getrennt sein. Eine solche Ausgestaltung kann kostengünstiger als ein zusammenhängendes Wellenlängenkonversionselement sein, da die benötigte Menge an Wellenlängenkonversionsstoffen reduziert werden kann. Das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen können insbesondere so eingerichtet sein, dass von den Leuchtdiodenchips erzeugtes Licht zumindest teilweise in Licht mit einer anderen Wellenlänge konvertiert wird, so dass im Betrieb von der Licht emittierenden Vorrichtung ein Mischlicht abgestrahlt werden kann. Insbesondere können die Leuchtdiodenchips und das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen so gewählt sein, dass die Licht emittierende Vorrichtung weißes Licht abstrahlen kann. Hierzu können sich beispielsweise blau emittierende Leuchtdiodenchips in Verbindung mit einem Wellenlängenkonversionsstoff in dem einen oder in der Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen eignen, der zumindest einen Teil des von den Leuchtdiodenchips erzeugten blauen Lichts in gelbes und/oder orangefarbiges und/oder grünes und/oder rotes Licht konvertiert. Das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen können beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen: Granate der Seltenen Erden und der Erdalkalimetalle, Nitride, Nitridosilikate, Sinne, Sialone, Aluminate, Oxide, Halophosphate, Orthosilikate, Sulfide, Vanadate und Chlorosilikate. Beispielsweise kann der eine oder die mehreren Wellenlängenkonversionsstoffe ausgewählt sein aus Ce3+-dotierten Granaten wie LuAG und YAG und/oder aus Eu2+-dotierten Rotleuchtstoffen. Weiterhin kann ein Wellenlängenkonversionsstoff zusätzlich oder alternativ ein organisches Material umfassen, das aus einer Gruppe ausgewählt sein kann, die Perylene, Benzopyrene, Coumarine, Rhodamine und Azo-Farbstoffe umfasst. Weiterhin kann das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen ein transparentes Matrixmaterial umfassen, das den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe umgibt oder enthält oder das an den oder die Wellenlängenkonversionsstoffe chemisch gebunden ist. Das transparente Matrixmaterial kann eines oder mehrere der oben in Verbindung mit der Streuschicht beschriebenen Matrixmaterialien aufweisen oder daraus sein. Alternativ hierzu kann ein geeigneter Wellenlängenkonversionsstoff auch direkt auf den Leuchtdiodenchips aufgebracht sein, beispielsweise in Form eines aufgestreuten oder aufgesprühten Pulvers oder in Form eines Keramikplättchens.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist auf der Montagefläche des Trägers zwischen dem Träger und den Leuchtdiodenchips eine Wellenlängenkonversionsschicht angeordnet. Eine solche, unterhalb der Leuchtdiodenchips angeordnete Wellenlängenkonversionsschicht kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Leuchtdiodenchips im Betrieb auch Licht in Richtung des Trägers abstrahlen. Die Wellenlängenkonversionsschicht ist in diesem Fall zwischen den Leuchtdiodenchips und dem zweiten transluzenten Element angeordnet. Die Wellenlängenkonversionsschicht kann Materialien und Merkmale wie oben in Verbindung mit dem einen oder der Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen beschrieben aufweisen. Weiterhin können das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen auf den Leuchtdiodenchips sowie die Wellenlängenkonversionsschicht unterhalb der Leuchtdiodenchips voneinander unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, so dass im eingeschalteten Zustand der Licht emittierenden Vorrichtung beispielsweise eine leicht ästhetische Farbvariation möglich ist. Alternativ hierzu können das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen auf den Leuchtdiodenchips sowie die Wellenlängenkonversionsschicht unter den Leuchtdiodenchips gleiche Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen.
  • Das eine oder die Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen auf den Leuchtdiodenchips sowie gegebenenfalls die unter den Leuchtdiodenchips angeordnete Wellenlängenkonversionsschicht sind jeweils von außen gesehen von den transluzenten Elementen überdeckt, so dass sie nicht direkt von außen erkennbar sind. Dadurch kann es möglich sein, den in einem ausgeschalteten Zustand der Licht emittierenden Vorrichtung vorherrschenden typischen farbigen Eindruck von Wellenlängenkonversionsstoffen abzuschwächen oder ganz zu verdecken, da ein Betrachter von außen bevorzugt nur die transluzenten Elemente und deren weiße oder graue Erscheinung sieht. Die Licht emittierende Vorrichtung kann dadurch im Vergleich zu anderen Lichtquellen, die Leuchtstoffe aufweisen, bevorzugt weiß oder grau und damit nicht oder nur wenig farbig wirken. Bei Verwendung als Filament in einer Glühlampen-artigen Beleuchtungsquelle kann die Licht emittierende Vorrichtung somit dezenter wirken, wodurch eine solche Beleuchtungsquelle klassischen Glühlampen ähnlicher sein können. Darüber hinaus kann im Betrieb erzeugtes Licht durch interne Streueffekte in den transluzenten Elementen allseitig abgestrahlt werden, wodurch sich eine hohe Effizienz ergeben kann. Zusätzlich kann dadurch eine Blendung eines Betrachters reduziert werden, während gleichzeitig eine über die gesamte Außenfläche der Licht emittierenden Vorrichtung gleichmäßige Lichtabstrahlung erreicht werden kann.
  • Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Leuchtdiodenchips für eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
  • 3 bis 5 schematische Darstellungen von Licht emittierenden Vorrichtungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
  • 6 eine schematische Darstellung eines Leuchtdiodenchips für eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 10 gezeigt, die eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips 100 auf einem Träger 200 aufweist. Der Träger 200 weist hierzu eine Montagefläche 201 auf, auf der die Leuchtdiodenchips 100 aufgeklebt sind. Der Träger 200 ist länglich mit einer Haupterstreckungsrichtung entlang einer longitudinalen Richtung ausgebildet, die in 1 durch den Pfeil 90 angedeutet ist. Entsprechend weist auch die Montagefläche 201 in longitudinaler Richtung 90 eine größere Abmessung als in einer dazu senkrechten, in der gezeigten Darstellung aus der Bildebene herausragenden lateralen Richtung auf. Die Leuchtdiodenchips 100 sind entlang der longitudinalen Richtung 90 auf der Montagefläche 201 angeordnet und mittels Bonddrähten 130 miteinander in Serie verschaltet.
  • Weiterhin weist die Licht emittierende Vorrichtung 10 an den zwei sich in longitudinaler Richtung 90 gegenüberliegenden Enden des Trägers 200 elektrische Kontakteelemente 300 auf, die beispielsweise aus Metall sein können und die zur elektrischen Kontaktierung der Licht emittierenden Vorrichtung 10 vorgesehen und eingerichtet sind. Insbesondere sind die elektrischen Kontakteelemente 300 über entsprechende Bonddrähte mit dem ersten und dem letzten Leuchtdiodenchip 100 der vorab beschriebenen Serienschaltung verbunden, so dass die Leuchtdiodenchip-Serienschaltung über die elektrischen Kontaktelemente 300 bestromt werden kann.
  • Die elektrischen Kontaktelemente 300 sind weiterhin zur mechanischen Montage der Licht emittierenden Vorrichtung 10 in einer externen, nicht zur Licht emittierenden Vorrichtung 10 gehörenden und hier nicht gezeigten Halterung vorgesehen und eingerichtet. Die Halterung, mittels derer die Licht emittierende Vorrichtung 10 befestigt werden kann, kann insbesondere Teil einer Beleuchtungseinrichtung sein, die die Licht emittierende Vorrichtung 10 als Licht erzeugendes Element aufweist. Die Halterung kann insbesondere auch eine elektrische Zuleitung für die Licht emittierende Vorrichtung 10 bilden. Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung einen einer Glühlampe entsprechenden Aufbau aufweisen, wobei die Licht emittierende Vorrichtung 10 anstelle eines Glühdrahts verwendet wird.
  • Die Licht emittierende Vorrichtung 10 weist weiterhin über den Leuchtdiodenchips 100 ein erstes transluzentes Element 400 auf. Der Träger 200 bildet ein zweites transluzentes Element 500, das auf einer dem ersten transluzenten Element 400 gegenüberliegenden Seite der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips 100 und somit unterhalb der Leuchtdiodenchips 100 angeordnet ist, so dass die Leuchtdiodenchips 100 zwischen dem ersten und zweiten transluzenten Element 400, 500 angeordnet sind. Insbesondere können die Leuchtdiodenchips 100 vom ersten und zweiten transluzenten Element 400, 500 umschlossen sein.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das erste transluzente Element 400 insbesondere durch eine oben im allgemeinen Teil beschriebene Streuschicht ausgebildet, die für Licht als Diffusor wirkt und für einen Betrachter bei Tageslicht weiß, bevorzugt milchig weiß, oder grau wirkt. Hierzu weist das erste transluzente Element ein Matrixmaterial, beispielsweise ein Silikon oder ein anderes oben im allgemeinen Teil beschriebenes Material auf, in dem Streupartikel enthalten sind, beispielsweise mit oder aus TiO2 und/oder Al2O3. Das erste transluzente Element 400 kann beispielsweise als Verguss oder als durch einen Formprozess hergestellten Formkörper aufgebracht werden.
  • Der Träger 200, der wie vorab beschrieben das zweite transluzente Element 500 bildet, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Licht streuenden dielektrischen Material gebildet. Insbesondere kann der Träger 200 ein transluzentes polykristallines Keramikmaterial, beispielsweise eine polykristalline Aluminiumkeramik (Al2O3), aufweisen oder daraus sein. Ein solches Material kann beispielsweise im Vergleich zu üblichen Trägern, die aus Saphir sind, kostengünstiger sein.
  • Weiterhin weist die Licht emittierende Vorrichtung 10 über jedem der Leuchtdiodenchips 100 ein Wellenlängenkonversionselement 600 auf. Die Wellenlängenkonversionselemente 600 sind somit zwischen den Leuchtdiodenchips 100 und dem ersten transluzenten Element 400 angeordnet. Insbesondere werden die Wellenlängenkonversionselemente 600 vom ersten transluzenten Element 400 und vom als zweites transluzentes Element 500 ausgebildeten Träger 200 wie die Leuchtdiodenchips 100 umschlossen. Jedes der Wellenlängenkonversionselemente 600 enthält einen oder mehrere Wellenlängenkonversionsstoffe, die geeignet sind, einen Teil des im Betrieb von den Leuchtdiodenchips 100 emittierten Lichts in Licht mit einer anderen Wellenlänge zu konvertieren, so dass die Licht emittierende Vorrichtung 10 im Betrieb ein gewünschtes Mischlicht abstrahlen kann. Beispielsweise können die Leuchtdiodenchips 100 dazu eingerichtet sein, im Betrieb blaues Licht abzustrahlen, während die Wellenlängenkonversionselemente 600 dazu eingerichtet sind, einen Teil des blauen Lichts in längerwelliges Licht wie beispielsweise gelbes und/oder orangefarbenes und/oder grünes und/oder rotes Licht umzuwandeln. Hierzu können die Wellenkonversionselemente 600 beispielsweise Ce3+-dotierte Granate wie etwa LuAG oder YAG und/oder Eu2+-dotierte Rotleuchtstoffe oder auch andere oben im allgemeinen Teil genannte Leuchtstoffe enthalten. Die Wellenlängenkonversionselemente 600 decken die Leuchtdiodenchips 100 jeweils auf allen fünf freiliegenden Seiten ab, so dass abgesehen von der der Montagefläche 201 zugewandten Montageseite zu allen Seiten hin eine Lichtkonversion erreicht werden kann. Weiterhin sind die Wellenlängenkonversionselemente 600 möglichst dünn gehalten, um die Licht emittierende Vorrichtung 10 ebenfalls möglichst dünn ausbilden zu können.
  • Die Leuchtdiodenchips 100 sind derart ausgebildet, dass sie im Betrieb Licht vom Träger 200 weggewandt in Richtung des jeweiligen Wellenlängenkonversionselements 600 abstrahlen. Ein Ausführungsbeispiel für einen entsprechenden Leuchtdiodenchip 100 ist in 2 gezeigt, der auf einem Substrat 101 eine Halbleiterschichtenfolge 102 aufweist. Rein beispielhaft sind zwei Halbleiterschichten 121, 122 gezeigt, zwischen denen eine aktive Schicht 123 angeordnet ist, die dazu eingerichtet und vorgesehen ist, im Betrieb des Leuchtdiodenchips 100 Licht zu erzeugen.
  • Je nach gewünschter Wellenlänge des abgestrahlten Lichts kann die Halbleiterschichtenfolge 102 oder zumindest die aktive Schicht 123 wie oben im allgemeinen Teil beschriebenen beispielsweise auf Basis von InxGayAl1-x-yAs, InxGayAl1-x-yP oder InxGayAl1-x-yN ausgebildet sein, wobei jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gilt. Um wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben blaues Licht zu erzeugen, kann die Halbleiterschichtenfolge 102 insbesondere auf dem letztgenannten Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialsystem basieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge 102 oder zumindest die aktive Schicht 123 anstelle der genannten III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme auch II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen, so etwa ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO und Verbindungen und Kombinationen daraus.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 102 kann auf einem Aufwachssubstrat wie das gezeigte Substrat 101 epitaktisch abgeschieden sein. Alternativ kann die Halbleiterschichtenfolge 102 auch nach dem epitaktischen Aufwachsen auf ein Trägersubstrat übertragen werden. Das Substrat 101 kann dabei ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterial, oder ein anderes geeignetes Material aufweisen oder daraus sein. Insbesondere kann ein Aufwachssubstrat und/oder Trägersubstrat beispielsweise Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 102 kann als aktive Schicht 123 beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Struktur) aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge 102 kann zusätzlich zur aktiven Schicht 123 weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, die durch die Schichten 121, 122 angedeutet sind, etwa p- oder n-dotierte Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement-, Cladding- oder Wellenleiterschichten sowie weiterhin auch Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten und/oder Schutzschichten sowie Kombinationen daraus. Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 102 beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolge 102 herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 102.
  • Weiterhin ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer der Halbleiterschichtenfolge 102 abgewandten Seite des Substrats 101 und damit zwischen der Halbleiterschichtenfolge 102 und dem in 1 gezeigten Träger 200 eine Spiegelschicht 103 angeordnet, wobei das Substrat 101 in diesem Fall besonders bevorzugt transparent ausgebildet ist und im Fall einer auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterialsystem basierenden Halbleiterschichtfolge 102 beispielsweise durch Saphir gebildet sein kann. Insbesondere kann es sich dabei beim Substrat 101 um das Aufwachssubstrat handeln, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 102 aufgewachsen wurde. Durch die Spiegelschicht 103 wird Licht, das in der aktiven Schicht 123 erzeugt und in Richtung der der Halbleiterschichtenfolge 102 gegenüber liegenden Rückseite des Substrats 101 abgestrahlt wird, reflektiert und so im Wesentlichen in der in 1 gezeigten Licht emittierenden Vorrichtung 10 aus dem Laserdiodenchip 100 seitlich oder nach oben in Richtung des jeweiligen Wellenlängenkonversionselements 600 abgestrahlt. Ein solcher Laserdiodenchip kann auch als so genannter Volumenemitter mit einem Rückseitenspiegel bezeichnet werden.
  • Zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 102 und damit zur Bestromung der aktiven Schicht 123 sind elektrische Kontakte 104, 105 in Form von Elektrodenschichten oder Elektrodenstrukturen vorgesehen, deren gezeigte Positionen auf der Halbleiterschichtenfolge 102 rein beispielhaft zu verstehen sind.
  • Alternativ zum gezeigten Aufbau sind auch andere Anordnungen der Schichten möglich. Insbesondere kann die Spiegelschicht 103 beispielsweise auch zwischen dem Substrat 101 und der Halbleiterschichtenfolge 102 angeordnet sein. Eine solche Leuchtdiode 100 kann auch als so genannter Dünnfilm-Leuchtdiodenchips bezeichnet werden, bei dem die Halbleiterschichtenfolge 102 nach dem Aufwachsen auf einem Aufwachssubstrat von diesem auf ein geeignetes Trägersubstrat übertragen wird und bei dem das Aufwachssubstrat anschließend entfernt oder zumindest gedünnt wird. Wie im Fall der in 2 gezeigten Anordnung mit der Spiegelschicht 103 an der Unterseite des Substrats 101 kann auch durch einen solchen zwischen dem Substrat und der Halbleiterschichtenfolge angeordneten Spiegel erreicht werden, dass der Leuchtdiodenchip 100 Licht im Wesentlichen in die dem Träger 200 abgewandte Richtung abstrahlt.
  • Wie in 1 ersichtlich ist, weisen das erste und das zweite transluzente Element 400, 500 jeweils eine von den Leuchtdiodenchips 100 abgewandte Oberfläche 401, 501 auf, die Grenzflächen der Licht emittierenden Vorrichtung 10 zur Umgebung und damit Außenseiten dieser bilden. Beim Betrachten der Licht emittierenden Vorrichtung 10 in einem ausgeschalteten Zustand sieht man daher von einer Seite das als zweites transluzentes Element 500 ausgebildete Substrat 200 und von der anderen Seite das erste transluzente Element 400, die beide streuend weiß oder grau sind, so dass insbesondere die Wellenlängenkonversionselemente 600, die aufgrund der enthaltenen Wellenlängenkonversionsstoffe farbig erscheinen können, nicht oder nur kaum erkennbar sind. Im eingeschalteten Zustand der Licht emittierenden Vorrichtung 10 wird das Licht der Leuchtdiodenchips 100, also insbesondere im gezeigten Ausführungsbeispiel blaues Licht, wie beschrieben nach oben, also vom Träger 200 weggewandt, emittiert. Ein Teil des Lichts der Leuchtdiodenchips 100 durchstrahlt die Wellenlängenkonversionselemente 600, während ein anderer Teil von den Wellenlängenkonversionselementen 600 in längerwelliges Licht umgewandelt wird, so dass aus den Wellenlängenkonversionselementen 600 bevorzugt weißes Licht austritt. Ein Teil des weißen Lichts wird durch das erste transluzente Element 400 über die Oberfläche 401 nach außen emittiert, während ein anderer Teil im ersten transluzenten Element 400 zurückgestreut wird. Nach mehrmaligen Streuereignissen im ersten transluzenten Element 400 und im als zweites transluzentes Element 500 ausgebildeten Substrat 200 wird auch dieses Licht nach außen über die Oberflächen 401 und 501 abgestrahlt. Da es im gezeigten Aufbau der Licht emittierenden Vorrichtung 10 nur wenige Bereiche gibt, die für Licht absorbierend können, wird der größte Anteil des erzeugten Lichts nach außen emittiert, wodurch eine hohe Effizienz erreicht werden kann.
  • In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 10 gezeigt, bei der der Träger 200 im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 1 transparent ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Träger 200 einen transparenten Kunststoff und/oder Glas und/oder Saphir aufweisen oder daraus sein. Auf der den Leuchtdiodenchips 100 abgewandten Seite des Trägers 200, also von den Leuchtdiodenchips 100 aus gesehen unter dem Träger 200, ist ein zweites transluzentes Element 500 ausgebildet, das wie vorab für das erste transluzente Element 100 beschrieben eine Streuschicht aufweisen oder daraus sein kann. Insbesondere umschließen das erste und zweite transluzente Element 400, 500 die Leuchtdiodenchips 100 und die Wellenlängenkonversionselemente 600, so dass die Licht emittierende Vorrichtung 10 wie in Verbindung mit 1 beschrieben im ausgeschalteten Zustand bei Tageslicht von allen Seiten bevorzugt weiß oder grau erscheint, während im eingeschalteten Zustand weißes Licht von den Oberflächen 401, 501 nach außen abgestrahlt wird.
  • In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 10 gezeigt, die im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 1 anstelle einer Mehrzahl von räumlich getrennten Wellenlängenkonversionselementen 600 ein einziges, zusammenhängendes Wellenlängenkonversionselement 600 aufweist, das sich über die Mehrzahl von Leuchtdiodenchips 100 erstreckt. Ein derartiges zusammenhängendes Wellenlängenkonversionselement 600 kann auch in allen anderen vorab und im Folgenden gezeigten Ausführungsbeispielen anstelle der räumlich getrennten einzelnen Wellenlängenkonversionselemente 600 verwendet werden.
  • In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung 10 gezeigt, die im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 3 anstelle von nach oben emittierenden Leuchtdiodenchips solche Leuchtdiodenchips 100 aufweist, die nach allen Seiten hin Licht abstrahlen können. In 6 ist ein Ausführungsbeispiel für einen entsprechenden Leuchtdiodenchip 100 gezeigt, der ähnlich wie der in 2 beschriebene Leuchtdiodenchip 100 ausgebildet sein kann, jedoch keine Spiegelschicht 103 aufweist. Dadurch kann Licht auch durch das transparent ausgebildete Substrat 101 hindurch abgestrahlt werden, das insbesondere durch ein Aufwachssubstrat gebildet werden kann. Ein solcher Leuchtdiodenchip kann außerdem kostengünstiger als ein Leuchtdiodenchip mit einer Spiegelschicht sein.
  • Im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsbeispielen weist die Licht emittierende Vorrichtung 10 der 5 unter den Leuchtdiodenchips 100, also zwischen den Leuchtdiodenchips 100 und dem Träger 200, auf der Montagefläche 201 des Trägers 200 zusätzlich eine Wellenlängenkonversionsschicht 700 auf. Die Wellenlängenkonversionsschicht 700 kann im Vergleich zu den Wellenlängenkonversionselementen 600 gleiche oder verschiedene Wellenlängenkonversionsstoffe aufweisen, so dass gleiche oder unterschiedliche Mischfarben, insbesondere beispielsweise gleiche oder unterschiedliche Weißtöne, erzeugt werden können, wodurch gewünschte ästhetische Farbvariationen erreicht werden können. So kann die Wellenlängenkonversionsschicht 700 rein beispielhaft etwa einen höheren Anteil von Rotleuchtstoffen als die Wellenlängenkonversionselemente 600 enthalten, so dass über die Rückseite der Licht emittierenden Vorrichtung 10, also über das zweite transluzente Element 500, eher wärmeres weißes Licht abgestrahlt werden kann, wodurch ein glühender Eindruck erweckt werden kann, als über die Oberseite der Licht emittierenden Vorrichtung 10, also über das erste transluzente Element 400.
  • Die Wellenlängenkonversionsschicht 700, auf der die Leuchtdiodenchips 100 aufgeklebt werden, kann beispielsweise durch Aufsprühen von Partikeln geeigneter Wellenlängenkonversionsstoffe in einem geeigneten Matrixmaterial wie etwa einem Silikon oder einem Polysilazan, durch eine übliche Leuchtstoffdeposition oder durch einen Leuchtstoff-in-Glas-Prozess aufgebracht werden. Um ein anschließendes Drahtbonden mit den Bonddrähten 150 zur elektrischen Verbindung der Leuchtdiodenchips 100 zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Wellenlängenkonversionsschicht 700 hart ist.
  • Anstelle des in 5 gezeigten zweiten transluzenten Elements 500 auf der von den Leuchtdiodenchips 100 gesehen abgewandten Seite des transparenten Substrats 200 kann, wie in Verbindung mit 1 beschrieben ist, auch das Substrat 200 als zweites transluzentes Element 500 ausgebildet sein.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch mit einander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele weitere und/oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Licht emittierende Vorrichtung
    100
    Leuchtdiode
    101
    Substrat
    102
    Halbleiterschichtenfolge
    103
    Spiegelschicht
    104, 105
    elektrischer Kontakt
    121, 122
    Halbleiterschicht
    123
    aktive Schicht
    130
    Bonddraht
    200
    Träger
    201
    Montagefläche
    300
    elektrisches Kontaktelement
    400
    erstes transluzentes Element
    401
    Oberfläche
    500
    zweites transluzentes Element
    501
    Oberfläche
    600
    Wellenlängenkonversionselement
    700
    Wellenlängenkonversionsschicht

Claims (20)

  1. Licht emittierende Vorrichtung (10), aufweisend, eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100), die auf einer Montagefläche (201) eines Trägers (200) angeordnet sind, und ein erstes transluzentes Element (400) und ein zweites transluzentes Element (500), wobei das erste transluzente Element (400) von der Montagefläche (201) aus gesehen über der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100) angeordnet ist und das zweite transluzente Element (500) auf einer dem ersten transluzenten Element (400) gegenüberliegenden Seite der Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100) angeordnet ist, so dass die Leuchtdiodenchips (100) zwischen dem ersten und dem zweiten transluzenten Element (400, 500) angeordnet sind, und wobei im Betrieb von den Leuchtdiodenchips (100) erzeugtes Licht durch das erste und zweite transluzente Element (400, 500) nach außen abgestrahlt wird.
  2. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Leuchtdiodenchips (100) vom ersten und zweiten transluzenten Element (400, 500) umschlossen sind.
  3. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite transluzente Element (500) durch den Träger (200) gebildet wird.
  4. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite transluzente Element (500) eine von den Leuchtdiodenchips (100) aus gesehen unter dem Träger (200) angeordnete Streuschicht aufweist.
  5. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste transluzente Element (400) eine Streuschicht aufweist.
  6. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und das zweite transluzente Element (400, 500) jeweils eine von den Leuchtdiodenchips (100) abgewandte Oberfläche (401, 501) aufweist, die eine Grenzfläche der Licht emittierenden Vorrichtung (10) zu einer Umgebung bildet.
  7. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste und zweite transluzente Element (400, 500) bei Tageslicht weiß oder grau erscheinen.
  8. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen jedem der Leuchtdiodenchips (100) und dem ersten transluzenten Element (400) ein Wellenlängenkonversionselement (600) angeordnet ist.
  9. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das Wellenlängenkonversionselement (600) ein sich über die Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (100) erstreckendes zusammenhängendes Wellenlängenkonversionselement (600) ist.
  10. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Licht emittierende Vorrichtung (10) eine Mehrzahl von Wellenlängenkonversionselementen (600) aufweist, von denen jeweils ein Wellenlängenkonversionselement (600) auf einem Leuchtdiodenchip (100) angeordnet ist, und die Wellenlängenkonversionselemente (600) über jeweils benachbarten Leuchtdiodenchips (100) räumlich voneinander getrennt sind.
  11. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen dem Träger (200) und den Leuchtdiodenchips (100) auf der Montagefläche (201) eine Wellenlängenkonversionsschicht (700) angeordnet ist.
  12. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei das Wellenlängenkonversionselement (600) und die Wellenlängenkonversionsschicht (700) voneinander unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.
  13. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Leuchtdiodenchips (100) im Betrieb Licht in eine vom Träger (200) angewandte Richtung abstrahlen.
  14. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei die Leuchtdiodenchips (100) im Betrieb zusätzlich Licht in Richtung des Trägers (200) abstrahlen.
  15. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei jeder der Leuchtdiodenchips (100) zwischen einer zur Lichterzeugeng vorgesehenen aktiven Schicht (123) und dem Träger (200) eine Spiegelschicht (103) aufweist.
  16. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei alle Leuchtdiodenchips (100) auf einer selben Seite des Trägers (200) angeordnet sind.
  17. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Träger (200) länglich entlang einer longitudinalen Richtung (90) ausgebildet ist und alle Leuchtdiodenchips (100) entlang der longitudinalen Richtung (90) auf dem Träger (200) angeordnet sind.
  18. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Träger (200) in longitudinaler Richtung (90) an zwei gegenüberliegenden Enden elektrische Kontaktelemente (300) aufweist.
  19. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, wobei die elektrischen Kontaktelemente (300) zur mechanischen Montage der Licht emittierenden Vorrichtung (10) in einer Halterung eingerichtet und vorgesehen sind.
  20. Licht emittierende Vorrichtung (10) nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Leuchtdiodenchips (100) eine Serienschaltung bilden, die mittels der elektrischen Kontaktelemente (300) elektrisch kontaktierbar ist.
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