DE102016203826A1

DE102016203826A1 - LED-Modul zur Abgabe von Weißlicht

Info

Publication number: DE102016203826A1
Application number: DE102016203826.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Pachler; Kurt Lederer
Original assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH
Current assignee: Tridonic GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2016-09-15
Also published as: DE202015101241U1

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein LED-Modul (10; 10') zur Abgabe von Mischlicht, vorzugsweise von Weißlicht, umfassend: eine Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld mit separaten Dämmen (20), die eine Vielzahl von separaten Kavitäten (15; 15') bilden, wobei in den Kavitäten (15; 15') jeweils wenigstens ein LED-Chip angeordnet ist; wobei die einzelnen Kavitäten (15; 15') jeweils mit einer Vergussmasse (16, 17, 18) gefüllt sind; die Vergussmassen zumindest eines Teils der Kavitäten einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung umfassen; wobei die Vielzahl der Kavitäten (15; 15') des Lichtfelds mit zumindest zwei unterschiedlichen Vergussmassen (16, 17, 18) gefüllt sind; wobei die Kavitäten (15; 15') in Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen, wobei die Breite der Kavitäten (15; 15') zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm und besonders bevorzugt 2 mm beträgt, und wobei die Länge der Kavitäten (15; 15') zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm und besonders bevorzugt 3,2 mm beträgt.

Description

1. Gebiete der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul (Leuchtdioden-Modul) zur Abgabe von Mischlicht, vorzugsweise von Weißlicht.
2. Hintergrund
Aus dem Stand der Technik sind LED-Module bekannt, die zur Abgabe von Mischlicht geeignet sind, insbesondere von Weißlicht. Manche dieser LED-Module weisen ein lichtabstrahlendes Lichtfeld auf, das durch eine Kombination einzelner Lichtpunkte gebildet wird. Die einzelnen Lichtpunkte sind dazu ausgelegt, unterschiedliche Lichtspektren abzugeben. Beispielsweise wird von den Lichtpunkten blaues Licht, rotes Licht und von einem Leuchtstoff durch Konversion erzeugtes gelbes Licht abgegeben. Die Lichtpunkte werden dabei typischerweise mit einem sogenannten Globe-Top-Verfahren hergestellt, bei dem Dispenstropfen direkt auf die einzelnen LED-Chips aufgebracht werden.
Solche LED-Module weisen allerdings ein zu großes Lichtfeld auf, um damit Leuchten mit vergleichsweise kleinen Reflektorgrößen auszustatten.
Ferner sind beispielsweise aus der DE 20 2014 103 029 U1 LED-Module mit Lichtfeldern bekannt, die mehrere größere flächige Bereiche zum Abgeben von unterschiedlichen Lichtspektren umfassen. Diese zusammenhängenden flächigen Bereiche sind dabei jeweils durch Dämme bzw. Trennwände von den benachbarten flächigen Bereichen getrennt. In die jeweils durch die Trennwände getrennten Bereiche werden LED-Chips bzw. LED-Stränge angeordnet und mit einer einen Leuchtstoff bzw. eine Leuchtstoffmischung enthaltenden Vergussmasse bedeckt.
Die Vergussmassen weisen dabei unterschiedliche Leuchtstoffe bzw. unterschiedliche Leuchtstoffmischungen auf, sodass die Bereiche die gewünschten unterschiedlichen Lichtspektren abgeben können, die notwendig sind, um ein entsprechendes Mischlicht durch das LED-Modul bereitstellen zu können. Mit anderen Worten schlägt diese Druckschrift vor, das Lichtfeld in vergleichsweise große flächige Bereiche zu unterteilen und diese flächigen Bereiche durch Trennwände abzugrenzen.
Im Sinne der vorliegenden Beschreibung und Ansprüchen ist der Begriff „unterschiedliche Leuchtstoffe” bzw. „unterschiedliche Leuchtstoffmischungen” durchgehend dahingehend zu verstehen, dass sich die Leuchtstoffe bzw. Leuchtstoffmischungen zumindest hinsichtlich ihres Emissionsspektrums unterscheiden.
Im Lichte dieses Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein LED-Modul zur Abgabe von Mischlicht bereitzustellen, vorzugsweise ein (Misch-)Weißlicht, das den bekannten Stand der Technik verbessert. Insbesondere sollen LED-Module bereitgestellt werden, die einen verbesserten und homogeneren (Misch-)Lichteindruck bereitstellen, als dies insbesondere bei LED-Modulen mit großen zusammenhängenden flächigen Bereichen der Fall ist.
Diese und andere Aufgaben, die beim Lesen der folgenden Beschreibung noch genannt werden oder vom Fachmann erkannt werden können, werden durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
3. Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes LED-Modul zur Abgabe von Mischlicht, vorzugsweise von Weißlicht, umfasst zumindest:

– eine Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld mit separaten Dämmen, die eine Vielzahl von separaten Kavitäten bilden, wobei in den Kavitäten jeweils wenigstens ein LED-Chip angeordnet ist; und wobei
– die einzelnen separaten Kavitäten mit einer Vergussmasse gefüllt sind, die einen Leuchtstoff (auch „Phosphor” genannt) oder eine Leuchtstoffmischung umfassen, und wobei die Vielzahl der Kavitäten des Lichtfelds mit zumindest zwei unterschiedlichen Vergussmassen gefüllt sind, wobei
– die Kavitäten in Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen, wobei die Breite der Kavitäten zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm und besonders bevorzugt 2 mm beträgt, und wobei die Länge der Kavitäten zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm und besonders bevorzugt 3,2 mm beträgt.

„Unterschiedliche Vergussmassen” ist dabei so zu verstehen, dass sich zumindest die Emissionsspektren der einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung enthaltenden Vergussmassen unterscheiden. Allerdings können noch weitere Unterschiede vorliegen.
Das Basismaterial (Matrix) der Vergussmassen ist vorzugsweise dasselbe. Vorzugsweise wird Silikonmaterial als Basismaterial eingesetzt.
Mit anderen Worten schlägt die vorliegende Erfindung vor, anstatt einer großen zusammenhängenden Kavität, die durch Trennwände in mehrere flächige Bereiche unterteilt wird, ein Lichtfeld mit einer Vielzahl von separaten Kavitäten bereitzustellen, die jeweils eigene separate Dämme umfassen, sodass jede Kavität mit einer spezifischen Vergussmasse gefüllt werden kann.
Unter „Damm” ist allgemein ein Trennelement zu verstehen.
Durch die vergleichsweise hohe Anzahl von separaten Kavitäten besteht die Möglichkeit, eine homogenere Lichtdurchmischung bereitstellen zu können, als dies mit den vergleichsweise großen flächigen Bereichen aus dem Stand der Technik möglich ist.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, in die Kavitäten bspw. jeweils eine hinsichtlich der Art und/oder Konzentration des Phosphors speziell angepasste Vergussmasse einzubringen. Ein Leuchtstoff ist dabei allgemein ein Stoff, der durch Licht, das von den verwendeten LED-Chips emittiert werden kann, anregbar ist und daraufhin ein sekundäres Lichtspektrum abgibt Ein Leuchtstoff kann dabei auch ein Lichtfarbkonversionsstoff sein. Vorzugsweise werden in der vorliegenden Erfindung anorganische Leuchtstoffe oder ein Q-dot eingesetzt (beispielsweise ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, ZnTe, CdTe). Vorzugsweise wird durch den Leuchtstoff sekundäres Licht aus dem gelben, grünen und/oder roten Spektrumbereich abgegeben. Weitere vorliegend einsetzbare Leuchtstoffe sind: Silikate (Ca₃Sc₂Si₃O₁₂: Ce₃+), Ortho-Silikate (BOSE), Granate (YAG: Ce³⁺, (YGd)AG: Ce³⁺, LuAG: Ce³⁺), Oxides (CaScO₂: Eu²⁺), SiALONs (a-SiALON: Eu²⁺, b-SiALON: Eu²⁺), Nitride (La₃Si₆N₁₁: Ce³⁺, CaAlSiN₃:Ce³⁺), Oxy-Nitride (SrSi₂N₂O₂: Eu²⁺, (Ca, Sr, Ba)Si₂N₂O₂: Eu²⁺).
Die vorliegender Erfindung besteht dabei unter Licht aus dem roten Lichtspektrum Licht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen etwa 580 und 670 nm, unter Licht aus dem blauen Lichtspektrum Licht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen etwa 390 bis 480 nm, unter Licht aus dem grünen Lichtspektrum mit einer Peak-Wellenlänge zwischen etwa 480 bis 560 nm und unter Licht aus dem gelben Lichtspektrum Licht mit einer Peak-Wellenlänge zwischen 560 und 630 nm. Vorteilhafterweise sind die separaten Kavitäten voneinander beabstandet auf der Modulplatte angeordnet. Wie oben ausgeführt, weisen die Kavitäten in Draufsicht im Wesentlichen eine rechteckige bis ovale Form auf, wobei die Breite der Kavitäten zwischen etwa 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen etwa 1,5 und 3 mm und besonders bevorzugt etwa 2 mm beträgt, und wobei die Länge der Kavitäten zwischen etwa 2 und 8 mm, vorzugsweise zwischen etwa 3 und 5 mm und besonders bevorzugt etwa 3,2 mm beträgt. Bei einer derartigen Ausbildung der Kavitäten besteht die Möglichkeit, auf einer Modulplatte mit einem typischen Lichtfeld zwischen 11 und 41 Kavitäten in Reihen und Spalten anzuordnen.
Vorzugsweise weisen die Dämme eine in Draufsicht gesehene Breite zwischen etwa 50 μm und 2 mm auf, besonders bevorzugt zwischen etwa 100 μm und 1 mm und weiter bevorzugt zwischen etwa 300 μm und 800 μm. Der Damm bzw. die jeweiligen Dämme können dabei entweder unmittelbar auf der Modulplatte gebildet werden, beispielsweise durch auftragen und aushärten eines geeigneten Materials (vorzugsweise durch ein sogenanntes Dispensverfahren) oder zunächst als separate Bauteile hergestellt werden, die anschließend mit der Modulplatte verbunden werden. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Damm bzw. die Dämme reflektierend ausgebildet sind. Vorzugsweise mit einer spiegelnden, weißen oder metallisierten Oberfläche.
Um eine besonders hohe Homogenität des Mischlichts bereitstellen zu können, ist es bevorzugt, dass auf dem Lichtfeld zwischen 11 und 41 Kavitäten, vorzugsweise zwischen 15 und 31 Kavitäten und besonders bevorzugt 21 Kavitäten angeordnet sind. Generell kann die Homogenität des Mischlichts erhöht werden, indem die Anzahl der Kavitäten auf dem Lichtfeld erhöht wird. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Kavitäten in Reihen und Spalten auf dem Lichtfeld angeordnet werden, und zwar derart, dass sich ein mehr oder weniger kreisförmiges bzw. symmetrisches Lichtfeld ergibt.
Vorteilhafterweise ist an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten einer jeweiligen Kavität jeweils zumindest ein Anschlusspad zum elektrischen Anschluss des in der Kavität angeordneten zumindest einen LED-Chip vorgesehen.
Ferner ist es bevorzugt, dass in den Kavitäten jeweils zwischen 1 und 10 LED-Chips, vorzugsweise zwischen 2 und 6 LED-Chips, besonders bevorzugt 4 LED-Chips angeordnet sind. Es hat sich herausgestellt, dass durch diese Anzahl von LED-Chips, die in einer einzelnen Kavität angeordnet werden eine ausreichend hohe Leuchtleistung bereitgestellt werden kann, wobei bei dieser vergleichsweise geringen Anzahl die Kavitäten noch entsprechend klein dimensioniert werden können.
Ferner ist es bevorzugt, dass die LED-Chips, die in einer Kavität angeordnet sind, als LED-Strang miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass die LEDs, die in einer Kavität angeordnet sind, miteinander verschaltet (vorzugsweise parallel verschaltet) sind.
Vorzugsweise sind in den Kavitäten des Lichtfelds nur LED-Chips angeordnet, die ein blaues Lichtspektrum emittieren. Je nach Anwendung können in den Kavitäten auch LED-Chips angeordnet werden, die ein rotes oder blaues Lichtspektrum emittieren. Auf den blauen LED-Chips kann dabei eine Vergussmasse angeordnet werden, die grünen, gelben oder roten Leuchtstoff oder eine Mischung davon umfassen. Eine Anordnung von nur blauen LED-Chips im Lichtfeld wird besonders bevorzugt, um sogenannte 2-Kanal-Varianten bereitzustellen, also ein Lichtfeld, mit dem zwei Lichtspektren (beispielsweise ein grünes und ein rotes Lichtspektrum) bereitgestellt und gemischt werden können.
Bei der Verwendung von LED-Chips, die ein rotes oder blaues Lichtspektrum emittieren, können ebenfalls Vergussmassen verwendet werden, die grünen, gelben oder roten Leuchtstoff oder eine Mischung davon umfassen. Es ist dabei jedoch bevorzugt, dass nur die blauen LED-Chips mit einem grünen, gelben oder roten Leuchtstoff versehend werden und an den roten LED-Chips kein Leuchtstoff aufgebracht wird, bzw. kein Leuchtstoff, der durch ein rotes Lichtspektrum angeregt wird. Eine Anordnung von blauen und roten LED-Chips im Lichtfeld wird dabei besonders bevorzugt, um eine sogenannte 3-Kanal-Variante bereitzustellen, also ein Lichtfeld, mit dem drei Lichtspektren (beispielsweise ein rotes, ein grünes und ein gelbes Lichtspektrum) bereitgestellt und gemischt werden können.
In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte LED-Chip/Vergussmassen-Kombination beschränkt. Vielmehr kann jeder LED-Chip/LED-Strang mit einer spezifischen Vergussmasse, die einen gewünschten Leuchtstoff enthält, bedeckt werden. Die LED-Chips können beispielsweise blauleuchtende, rotleuchtende, grünleuchtende, gelbleuchtende oder im UV Bereich leuchtende LED-Chips umfassen. Das abgegebene Lichtspektrum kann dabei durch ein Zusammenspiel zwischen den jeweiligen LED-Chips und der in der Vergussmasse enthaltenden Leuchtstoffe zustande kommen, oder direkt von einem LED-Chip erzeugt werden. Somit kann rotes, grünes, gelbes, grün-gelbes oder weißes Licht mit unterschiedlichen Weißtönen durch die LED-Chips, bzw. durch die LED-Chip-Leuchtstoff-Kombinationen emittiert werden.
Wie bereits ausgeführt, werden die LED-Chips in den einzelnen Kavitäten vorzugsweise als sogenannte LED-Stränge angeordnet, wobei es in diesem Fall ferner bevorzugt ist, dass die LED-Stränge bzw. die jeweiligen Kavitäten mit derselben Vergussmasse in miteinander verschalteten Gruppen ansteuerbar sind.
Somit können beispielsweise LED-Stränge (bzw. Kavitäten), die zur Abgabe eines ersten Lichtspektrums vorgesehen sind, LED-Stränge (bzw. Kavitäten), die zur Abgabe eines zweiten Lichtspektrums vorgegeben sind jeweils in Gruppen miteinander verschalten werden. Dadurch kann ein beliebiges Mischlicht im Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Lichtspektrum eingestellt und abgegeben werden. Die LED-Stränge (bzw. Kavitäten) können vorzugsweise einzeln oder gemeinsam derart ansteuerbar sein, dass ihre Leuchtfarbe durch die Ansteuerung veränderbar ist. Ferner ist es bevorzugt, dass jeder LED-Strang bzw. jede miteinander verschaltete Gruppe von LED-Strängen einzeln gedimmt werden können, beispielsweise mittels Pulsbreitenmodulation.
Vorteilhafterweise ist die Vergussmasse eine Vergussmasse auf Silikon- und/oder Epoxidbasis und ist im gehärteten Zustand vorzugsweise transparent. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Vergussmasse zusätzlich Streupartikel zur homogeneren Lichtdurchmischung aufweist. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass die Vergussmasse durch ein Dispens-Verfahren in die jeweiligen Kavitäten eingebracht wird. Ein Dispens-Verfahren eignet sich vorliegend besonders gut, da damit flüssige Medien relativ genau dosiert und positioniert werden können.
Vorzugsweise weist das Lichtfeld, auf der die Vielzahl von separaten Kavitäten angeordnet ist (vorzugsweise in Reihen und Spalten), eine in Draufsicht gesehene im Wesentlichen kreisförmige Form auf. Durch eine vergleichsweise enge Anordnung der einzelnen, separaten Kavitäten auf dem Lichtfeld besteht darüber hinaus die Möglichkeit, ein vergleichsweise kompaktes Lichtfeld bereitstellen zu können, das dennoch eine hohe Anzahl von separaten Kavitäten (beispielsweise 21) umfasst, sodass durch die Einzelkavitäten eine genaue Farbauswahl bereitgestellt werden kann und dabei eine hohe Homogenität erreicht wird.
Vorteilhafterweise weist das LED-Modul ferner eine Lichtscheibe auf, die in einem Abstand zum Lichtfeld in Lichtabstrahlrichtung des Lichtfelds angeordnet ist. Die Lichtstreuscheibe verleiht dem LED-Modul einen noch homogeneren Farbeindruck, d. h. durch die Streuung des Lichts wird die Vermischung der unterschiedlichen Lichtspektren, die vom Lichtfeld abgegeben werden, nochmals verbessert.
Die Lichtstreuscheibe ermöglicht es ferner, ein diffuses Licht zu erzeugen und die Helligkeit des LED-Moduls einzustellen. Die Lichtstreuscheibe kann dabei zusätzlich mit einem Lichtstoff versehen sein, beispielsweise mit einer zusätzlichen Leuchtstoffschicht oder eingebetteten Leuchtstoffpartikeln. Die Lichtstreuscheibe ist dann dazu geeignet, die Farbe oder Farbtemperatur des von dem LED-Modul insgesamt abgegebenen Lichts zu beeinflussen.
Zwischen der Oberseite des Lichtfelds und der Lichtstreuscheibe ist vorzugsweise eine sogenannte Mischkammer vorgesehen. Im einfachsten Fall ist die Mischkammer lediglich ein Freiraum zwischen dem Lichtfeld und der Lichtstreuscheibe. Die Mischkammer ist vorzugsweise dazu ausgelegt, eine effektive Durchmischung der verschiedenen Lichtspektren, die vom Lichtfeld abgegeben werden, zu erzielen. Dazu können in der Mischkammer beispielsweise optische Elemente, wie Linsen oder Reflektoren, vorgesehen sein. Die Mischkammer kann aber auch ein solider Block aus einem Material sein, das einen vergleichsweise hohen Brechungsindex, beispielsweise von 1,5 oder mehr aufweist. Insgesamt wird durch die Mischkammer und die Lichtstreuscheibe zusammen erreicht, dass die einzelnen Lichtspektren, die vom Lichtfeld abgegeben werden, nicht mehr von einem Betrachter des LED-Moduls unterscheidbar sind, sondern als homogenes Mischlicht, vorzugsweise homogenes Weißlicht, erscheinen. Darüber hinaus kann, wie bereits oben angemerkt, durch die speziell angepassten Vergussmassen, die in den jeweiligen Kavitäten eingebracht werden, eine sehr genaue Farbtemperatur des LED-Moduls eingestellt werden.
Vorteilhafterweise sind die LED-Chips und die Vergussmassen (d. h. die in den Vergussmassen eingebrachten Leuchtstoffe) so gewählt, dass das Lichtfeld geeignet ist, um Licht mit mindestens zwei unterschiedlichen Lichtspektren zu emittieren. Dadurch kann insgesamt ein sehr homogenes und farbtreues Mischlicht, insbesondere an Weißlicht (mit hohem CR1), von dem LED-Modul erzeugt werden. Dabei ist es bevorzugt, dass eines der Lichtspektren zumindest einen Peak im Bereich zwischen 520 bis 580 nm aufweist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass eines der Lichtspektren zumindest zwei Peaks aufweist, wobei ein Peak vorzugsweise im Bereich von 520 bis 580 nm und ein Peak vorzugsweise im Bereich zwischen 580 bis 650 nm liegt.
Vorzugsweise sind die LED-Chips und die Vergussmassen (d. h. die Leuchtstoffe) so gewählt, dass das Lichtfeld geeignet ist, um Weißlicht mit mindestens zwei unterschiedlichen Farbtemperaturen zu emittieren, sodass beispielsweise Weißlicht mit unterschiedlichen Farbtemperaturen abgegeben werden kann (beispielsweise sogenannte Kalt- und/oder warmweiße Spektren). Dabei ist es bevorzugt, dass eine erste Farbtemperatur im Bereich zwischen 2.700 bis 6.500 Kelvin und eine zweite Farbtemperatur im Bereich zwischen 6.500 bis 10.000 Kelvin liegt.
Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein LED-Modul zur Abgabe von Mischlicht, vorzugsweise von Weißlicht, hergestellt durch ein Verfahren, umfassend zumindest die folgenden Schritte:

– Bereitstellen einer Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld, auf der durch separate Dämme eine Vielzahl von separaten Kavitäten gebildet sind, wobei in jeweils einer Kavität wenigstens ein LED-Chip angeordnet ist;
– Füllen der einzelnen Kavitäten mit einer flüssigen Vergussmasse, wobei die Vergussmasse einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung umfasst, und wobei zum Füllen der Kavitäten zumindest zwei Vergussmassen mit unterschiedlichen Leuchtstoffen oder Leuchtstoffmischungen verwendet werden. Dabei ist es bevorzugt, dass die flüssige Vergussmassen durch ein Dispensverfahren aufgebracht ist.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung eine Leuchtvorrichtung mit einem oben beschriebenen LED-Modul.
4. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine detaillierte Beschreibung der Figuren gegeben. Darin zeigt:
1 eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls mit einer Vielzahl von separaten Kavitäten (3-Kanal-Variante);
2 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls mit einer Vielzahl von separaten Kavitäten (2-Kanal-Variante);
3 eine schematische vergrößerte Darstellung einer Kavität;
4 eine schematische Draufsicht auf das in 1 gezeigte LED-Modul, wobei die elektrischen Verbindungen der einzelnen Kavitäten angedeutet sind;
5 eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus des in den 1 und 4 gezeigten LED-Moduls.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Modul 10 mit einer Vielzahl von separaten Kavitäten 15. Die Separierung der Kavitäten erfolgt durch Trennelemente, die im Folgenden „Dämme” genannt werden.
Die Kavitäten können vorzugsweise jeweils die gleiche Fläche bedecken, indessen können sie zumindest teilweise auch eine unterschiedliche Grösse haben.
Die Dämme können vorgefertigte Elemente sein oder auch auf den Träger dispenstes und dann ausgehärtetes Material. Die Dämme werden auf dem Träger aufgebracht, bevor die Vergussmassen in die Ksvitäten gefüllt werden.
Vorzugsweise sind die Dämme reflektierend ausgestaltet. Vorzugsweise enthalten die Dämme keinen Leuchtstoff. Vorzugsweise sind die Dämme lichtundurchlässig, können aber auch zumindest teilweise lichtdurchlässig sein.
Wie in 1 gut zu erkennen ist, weist das LED-Modul 10 in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform 21 Kavitäten 15 auf. Allgemein können bspw. zwischen 5 und 100 Kavitäten vorliegen.
Die Kavitäten 15 sind dabei separat und zudem voneinander beabstandet auf dem LED-Modul 10 in Reihen und Spalten angeordnet. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist das LED-Modul 10 fünf horizontal angeordnete Reihen und fünf vertikal angeordnete Spalten auf, wobei jeweils in den Eckbereichen der Reihen und Spalten keine Kavität angeordnet ist, so dass sich ein mehr oder weniger kreisförmiges Lichtfeld ergibt.
In den einzelnen Kavitäten 15 sind vorzugsweise jeweils mehrere, bspw. vier LED-Chips (nicht gezeigt) angeordnet, die von einer in die jeweiligen Kavitäten 15 eingebrachten Vergussmasse vollständig bedeckt sind. Die in jeweils einer Kavität 15 angeordneten LED-Chips sind dabei vorzugsweise als sogenannte LED-Stränge miteinander in Reihe geschaltet, so dass die LED-Chips einer jeweiligen Kavität 15 zusammen angesteuert werden können. Je nach Anwendung können die in einer Kavität angeordneten LED-Chips allerdings auch parallel geschaltet werden.
Wenn mehrere LED-Chips in einer Kavität vorliegen, weisen sie vorzugsweise das gleiche Emissionsspektrum auf. Es können indessen zumindest teilweise auch LED-Chips mit unterschiedlichem Emissionsspektrum in derselben Kavität vorliegen.
Die LED-Chips können beispielsweise blauleuchtende, rotleuchtende, grünleuchtende, gelbleuchtende und/oder im UV-Bereich leuchtende LED-Chips sein.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind in den Kavitäten 15 baugleiche LED-Chips angeordnet, die vorzugsweise ein blaues Lichtspektrum emittieren. Die LED-Chips unterschiedlicher Kavitäten sind dabei mit unterschiedlichen Vergussmassen bedeckt.
Bspw. können insgesamt zwischen 2 und 10 unterschiedliche Vergussmassen vorgesehen werden. In einer Kavität wird vorzugsweise nur ein Typ an Vergussmasse verwendet.
In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind drei unterschiedliche Vergussmassen 16, 17, 18 (angedeutet durch unterschiedliche Schraffuren) mit unterschiedlichen Leuchtstoffen bzw. Leuchtstoffmischungen verwendet, so dass vorliegend drei unterschiedliche Lichtspektren (sogenannte 3-Kanal-Variante) miteinander vermischt werden können, um ein entsprechendes Mischlicht zu erzeugen.
Die unterschiedlichen Vergussmassen können bspw. im roten, blauen bzw. grünen Spektrum emittieren. Manche Vergussmassen können auch frei von Leuchtstoff sein, bspw. wenn ein blaues Spektrum des LED-Chips unkonvertiert emittiert werden soll.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die LED-Chip/Vergussmassen-Kombination derart gewählt, dass die mit der Vergussmasse 16 bedeckten Kavitäten 15 ein gelbes Lichtspektrum, die mit der Vergussmasse 17 ein rotes Lichtspektrum und die mit der Vergussmasse 18 ein blaues Lichtspektrum abgeben. Wie in 1 ebenfalls zu erkennen ist, ist es bevorzugt, dass die Anzahl der Kavitäten hinsichtlich des Emissionsspektrums nicht zahlenmässig und/oder flächenmässig nicht gleich verteilt sind.
Bspw. können zahlenmässig und/oder flächenmässig mehr Kavitäten im roten Spektrum als im blauen Spektrum vorliegen.
Bspw. können zahlenmässig und/oder flächenmässig mehr Kavitäten im roten Spektrum als im gelben Spektrum vorliegen.
Im gezeigten Beispiel ist zu sehen, dass 3/7 der Kavitäten ein rotes Lichtspektrum, 2/7 ein blaues Lichtspektrum und 2/7 ein gelbes Lichtspektrum abgeben. In der Praxis hat sich gezeigt, dass durch eine solche Aufteilung ein besonders vorteilhaftes Weißlicht erzeugt werden kann.
2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen LED-Moduls 10'. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem LED-Modul 10' um eine sogenannte 2-Kanal-Variante (d. h. mit dem LED-Modul 10' können zwei unterschiedliche Lichtspektren gemischt werden), bei dem entsprechend zwei unterschiedliche Vergussmassen 16' und 17' mit unterschiedlichen Leuchtstoffen bzw. Leuchtstoffmischungen zum Füllen der separaten Kavitäten 15' verwendet wurden.
Wie oben bereits ausgeführt, werden als Leuchtstoffe bzw. für die Leuchtstoffmischungen vorzugsweise anorganische Leuchtstoffe oder ein Q-dot eingesetzt (beispielsweise ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, ZnTe, CdTe). Vorzugsweise wird durch den Leuchtstoff sekundäres Licht aus dem gelben, grünen und/oder roten Spektrumbereich abgegeben. Weitere vorliegend einsetzbare Leuchtstoffe sind: Silikate (Ca₃Sc₂Si₃O₁₂: Ce₃+), Ortho-Silikate (BOSE), Granate (YAG: Ce³⁺, (YGd)AG: Ce³⁺, LuAG: Ce³⁺), Oxides (CaScO₂: Eu²⁺), SiALONs (a-SiALON: Eu²⁺, b-SiALON: Eu²⁺), Nitride (La₃Si₆N₁₁: Ce³⁺, CaAlSiN₃:Ce³⁺), Oxy-Nitride (SrSi₂N₂O₂: Eu²⁺, (Ca, Sr, Ba)Si₂N₂O₂: Eu²⁺).
3 zeigt eine Vergrößerung der in den Lichtfeldern der erfindungsgemäßen Ausführungsformen der LED-Module 10, 10' angeordneten Kavitäten 15, 15'. Wie in 3 zu erkennen ist, weist die Kavität 15 in Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Die im Wesentlichen rechteckförmigen Kavitäten 15 weisen dabei eine Breite zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm und besonders bevorzugt 2 mm auf, und eine Länge zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm und besonders bevorzugt 3,2 mm.
Vorzugsweise weist ein jeweiliger Damm 20 der separaten Kavitäten 15, 15' eine in Draufsicht gesehene Breite zwischen 50 μm und 2 mm auf. Der Damm 20 kann dabei entweder unmittelbar auf der Modulplatte gebildet werden oder zunächst als separates Bauteil hergestellt werden, das anschließend mit der Modulplatte verbunden wird. Der Damm 20 kann dabei reflektierend ausgebildet sein, vorzugsweise mit einer spiegelnden, weißen oder metallisierten Oberfläche.
Wie in 3 ebenfalls zu erkennen ist, ist an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten einer jeweiligen Kavität 15 jeweils zumindest ein Anschlusspad 25 zum elektrischen Anschluss des in der Kavität 15 angeordneten zumindest einen LED-Chips vorgesehen.
4 zeigt die eine schematische Draufsicht auf das in 1 gezeigte LED-Modul 10, wobei die elektrischen Verbindungen 30 der einzelnen Kavitäten 15 angedeutet sind. Wie in 4 gezeigt ist, sind die mit der gleichen Vergussmasse (d. h. mit dem gleichen Leuchtstoff bzw. der gleichen Leuchtstoffkombination versehenen Kavitäten) miteinander in Reihe verschaltet und demgemäß entsprechend ansteuerbar. Die Kavitäten 15 bzw. die darin angeordneten LED-Chips/LED-Stränge sind vorzugsweise einzeln oder gemeinsam derart ansteuerbar, dass ihre Leuchtfarbe durch die Ansteuerung veränderbar ist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass jede miteinander verschaltete Gruppe von Kavitäten 15 einzeln gedimmt werden kann, beispielsweise mittels Pulsbreiten-Modulation.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltungsaufbaus 35 des in den 1 und 4 gezeigten LED-Moduls 10. Wie in 5 zu erkennen ist, sind die jeweiligen Kavitäten 15, die mit gleichen Vergussmassen 16, 17, 18 bedeckt sind, und damit zusammen mit den LED-Chips jeweils ein rotes (gefüllt mit Vergussmasse 17), ein blaues (gefüllt mit Vergussmasse 18) und gelbes (gefüllt mit Vergussmasse 16) Lichtspektrum abgeben, jeweils in Reihe geschaltet, so dass diese gemeinsam ansteuerbar sind.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehende Ausführungsformen beschränkt, solange sie vom Gegenstand der folgenden Ansprüche umfasst ist. Insbesondere ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte LED-Chip/Vergussmasse-Kombination beschränkt ist. Auch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, dass zwingend alle im Lichtfeld vorhandenen Kavitäten mit einer Vergussmasse bedeckt werden, die einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung enthält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202014103029 U1 [0004]

Claims

LED-Modul (10; 10') zur Abgabe von Mischlicht, vorzugsweise von Weißlicht, umfassend: – eine Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld mit separaten Dämmen (20), die eine Vielzahl von separaten Kavitäten (15; 15') bilden, wobei in den Kavitäten (15; 15') jeweils wenigstens ein LED-Chip angeordnet ist; wobei – die einzelnen Kavitäten (15; 15') jeweils mit einer Vergussmasse (16, 17, 18) gefüllt sind; – die Vergussmassen zumindest eines Teils der Kavitäten einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung umfassen; wobei – die Vielzahl der Kavitäten (15; 15') des Lichtfelds mit zumindest zwei unterschiedlichen Vergussmassen (16, 17, 18) gefüllt sind; wobei – die Kavitäten (15; 15') in Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen, wobei die Breite der Kavitäten (15; 15') zwischen 1 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3 mm und besonders bevorzugt 2 mm beträgt, und wobei die Länge der Kavitäten (15; 15') zwischen 2 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 mm und besonders bevorzugt 3,2 mm beträgt.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 1, wobei die separaten Kavitäten (15; 15') voneinander beabstandet auf der Modulplatte angeordnet sind.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Damm (20) eine in Draufsicht gesehene Breite zwischen 50 μm und 2 mm aufweist, vorzugsweise zwischen 100 μm und 1 mm und besonders bevorzugt zwischen 300 μm und 800 μm.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Damm (20) reflektierend ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer spiegelnden, weißen oder metallisierten Oberfläche.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Lichtfeld zwischen 11 und 41 Kavitäten (15; 15'), vorzugsweise zwischen 15 und 31 Kavitäten (15; 15') und besonders bevorzugt 21 Kavitäten (15; 15') angeordnet sind.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavitäten (15; 15') in Reihen und Spalten auf dem Lichtfeld angeordnet sind.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten einer jeweiligen Kavität (15; 15') jeweils zumindest ein Anschlusspad (25) zum elektrischen Anschluss des in der Kavität (15; 15') angeordneten zumindest einen LED-Chips vorgesehen ist.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kavitäten (15; 15') jeweils zwischen 1 und 10 LED-Chips, vorzugsweise zwischen 2 und 6 LED-Chips und besonders bevorzugt 4 LED-Chips angeordnet sind.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 8, wobei die LED-Chips, die in einer Kavität (15; 15') angeordnet sind als LED-Strang miteinander verbunden sind.
LED-Modul nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die LED-Chips, die in einer Kavität (15; 15') angeordnet sind, parallel verschaltet sind.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kavitäten (15; 15') nur LED-Chips angeordnet sind, die ein blaues Lichtspektrum emittieren.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kavitäten (15; 15') LED-Chips angeordnet sind, die ein rotes oder blaues Lichtspektrum emittieren.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vergussmassen (16, 17, 18) grünen, gelben oder roten Leuchtstoff oder eine Mischung davon umfassen.
LED-Modul (10; 10') nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Vergussmassen (16, 17, 18), die in Kavitäten (15; 15') mit roten LED-Chips gefüllt werden, keinen Leuchtstoff umfassen oder nur einen Leuchtstoff umfassen, der durch ein rotes Lichtspektrum nicht angeregt wird.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei, vorzugsweise alle, Kavitäten (15; 15'), die dieselbe LED-Chip/Leuchtstoff-Kombination aufweisen, in Reihe geschaltet sind.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff ein anorganischer Leuchtstoff oder Q-dot ist.
LED-Modul (10; 10') einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vergussmasse (16, 17, 18) eine Vergussmasse auf Silikon- und/oder Epoxidbasis ist und im gehärteten Zustand vorzugsweise transparent ist.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Lichtstreuscheibe in Lichtabstrahlrichtung beabstandet am zumindest einen Lichtfeld angeordnet wird.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 18, wobei zwischen der Lichtstreuscheibe und dem zumindest einen Lichtfeld eine Mischkammer vorgesehen ist.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LED-Chips und die Leuchtstoffe so gewählt sind, dass das Lichtfeld geeignet ist, um Licht mit mindestens 2 unterschiedlichen Lichtspektren zu emittieren.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 20, wobei eines der Lichtspektren zumindest einen Peak im Bereich zwischen 520 bis 580 nm aufweist.
LED-Modul (10; 10') nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei eines der Lichtspektren zumindest 2 Peaks aufweist.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 22, wobei ein Peak im Bereich zwischen 520 bis 580 nm und ein Peak im Bereich zwischen 580 bis 650 nm liegt.
LED-Modul (10; 10') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LED-Chips und die Leuchtstoffe so gewählt sind, dass das Lichtfeld geeignet ist, um Weißlicht mit mindestens 2 unterschiedlichen Farbtemperaturen zu emittieren.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 24, wobei eine erste Farbtemperatur im Bereich zwischen 2700 bis 6500 K und eine zweite Farbtemperatur im Bereich zwischen 6500 bis 10000 K liegt.
LED-Modul (10; 10') zur Abgabe von Mischlicht, vorzugsweise von Weißlicht, hergestellt durch ein Verfahren, umfassend zumindest die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Modulplatte mit zumindest einem Lichtfeld, auf der durch separate Dämme (20) eine Vielzahl von separaten Kavitäten (15; 15') gebildet sind, wobei in jeweils einer Kavität (15; 15') wenigstens ein LED-Chip angeordnet ist; – Füllen der einzelnen Kavitäten (15; 15') mit einer flüssigen Vergussmasse (16, 17, 18), wobei die Vergussmasse (16, 17, 18) einen Leuchtstoff oder eine Leuchtstoffmischung umfasst, und wobei zum Füllen der Kavitäten (15; 15') zumindest zwei Vergussmassen (16, 17, 18) mit unterschiedlichen Leuchtstoffen oder Leuchtstoffmischungen verwendet werden.
LED-Modul (10; 10') nach Anspruch 26, wobei die flüssige Vergussmassen (16, 17, 18) durch ein Dispensverfahren aufgebracht ist.
Leuchtvorrichtung, umfassend zumindest ein LED-Modul (10; 10') gemäß Anspruch 26.