-
Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Filament, ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Filaments und ein Leuchtmittel mit einem strahlungsemittierenden Filament.
-
Im Stand der Technik ist bekannt, in einem Leuchtmittel ein strahlungsemittierendes Filament vorzusehen. Für eine verbesserte Wärmeleitung ist im Leuchtmittel Heliumgas eingeschlossen. Dadurch wird eine Wärmeableitung vom Filament verbessert.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes strahlungsemittierendes Filament bereitzustellen, das insbesondere eine bessere Wärmeabfuhr ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Filaments mit einer verbesserten Wärmeabfuhr bereitzustellen. Zudem besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Leuchtmittel mit einem strahlungsemittierenden Filament mit verbesserter Wärmeabfuhr bereitzustellen.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Ein Vorteil des vorgeschlagenen strahlungsemittierenden Filaments besteht darin, dass mit einfachen Mitteln eine verbesserte Wärmeabfuhr erreicht wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Träger mit den Leuchtchips in einem Wärmeleitungselement angeordnet ist. Dazu weist das Wärmeleitungselement ein Durchgangsloch auf. Die elektrischen Kontakte des Trägers sind von beiden Seiten her für einen elektrischen Anschluss zugänglich. Durch die Anordnung des Trägers mit den Leuchtchips im Wärmeleitungselement wird die Wärme mit einem kurzen Überbrückungsweg auf das Wärmeleitungselement übertragen. Das Wärmeleitungselement ist aus einem Material gebildet, das eine höhere thermische Leitfähigkeit als Helium aufweist.
-
Das strahlungsemittierende Filament weist einen Träger mit wenigstens zwei Leuchtchips auf. Der Träger weist an gegenüberliegenden Enden jeweils einen elektrischen Kontakt auf. Die Leuchtchips sind mit den elektrischen Kontakten elektrisch leitend verbunden. Das Wärmeleitungselement ist aus einem Material gebildet, das transparent für die elektromagnetische Strahlung der Leuchtchips ist. Aufgrund dieser Anordnung wird eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Filament, das heißt von den Leuchtchips erreicht.
-
In einer Ausführungsform ist das Wärmeleitungselement aus Glas gebildet. Glas weist eine thermische Leitfähigkeit auf, die beispielsweise im Bereich von 0,5 Watt pro Millikelvin liegt. Dadurch wird eine ausreichende Wärmeableitung und Kühlung der Leuchtchips auf dem Träger erreicht.
-
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Leuchtchips und/oder der Träger eine Leuchtschicht auf. Die Leuchtschicht ist ausgebildet, um eine Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung der Leuchtchips zu verschieben. Auf diese Weise kann unabhängig von der Wellenlänge der Strahlung der Leuchtchips eine gewünschte Farbe, insbesondere weißes Licht, erzeugt werden. Die Leuchtschicht weist beispielsweise roten Phosphor als Leuchtmaterial auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch grüner Phosphor oder andere Materialien als Leuchtmaterial für die Leuchtschicht verwendet werden.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Träger und dem Wärmeleitungselement über das gesamte Durchgangsloch hinweg ein Spalt oder ein Hohlraum ausgebildet. Dadurch wird zwar zum einen die thermische Leitfähigkeit zwischen dem Wärmeleitungselement und dem Träger reduziert, zum anderen wird dadurch jedoch eine Konvektion von heißem Gas oder heißer Luft innerhalb des Durchgangsloches ermöglicht. Somit kann eine ausreichende Wärmeverteilung oder Wärmeabfuhr erreicht werden. Insbesondere ist in der Mitte des Trägers eine höhere Temperatur gegeben als im Randbereich. Mithilfe des Spaltes bzw. des Hohlraumes kann der Temperaturunterschied wenigstens teilweise ausgeglichen werden.
-
Eine einfache Ausführung des Filaments wird erreicht, wenn der Träger streifenförmig ausgebildet ist und das Wärmeleitungselement zylinderförmig ausgebildet ist. Durch die Zylinderform wird eine annährend konstante Schichtdicke an Wärmeleitungselement über die Länge des Trägers bereitgestellt. Dadurch wird eine gleichmäßige Wärmeabfuhr über die Länge des Trägers ermöglicht.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das Durchgangsloch zylinderförmig ausgebildet und weist im Querschnitt annähernd eine Kreisform auf. Damit kann das Durchgangsloch einfach hergestellt werden. Zudem kann der streifenförmige Träger dadurch mit annähernd gleichen Abständen mittig im Wärmeleitungselement angeordnet werden.
-
Für eine einfache Kontaktierung des Trägers liegen die Kontakte des Trägers in Endbereichen des Durchgangsloches oder ragen seitlich aus dem Wärmeleitungselement heraus oder sind wenigstens teilweise oder vollständig außerhalb des Durchgangsloches angeordnet. Auf diese Weise kann eine einfache Kontaktierung der elektrischen Kontakte des Trägers realisiert werden.
-
Mithilfe des vorgeschlagenen Trägers kann ein Leuchtmittel mit einem transparenten Gehäuse bereitgestellt werden, wobei das Filament mit dem Wärmeleitungselement in dem Gehäuse angeordnet ist, und beide elektrischen Kontakte des Trägers mit den Kontaktanschlüssen des transparenten Gehäuses elektrisch leitend verbunden sind.
-
In einer Ausführungsform ist das Gehäuse luftdicht verschlossen und ist insbesondere mit einem Gas, insbesondere mit Helium, gefüllt. Mithilfe des Gases kann eine verbesserte Wärmeabfuhr vom Filament erreicht werden.
-
Für einfaches Verfahren zum Herstellen eines strahlungsemittierenden Filaments wird ein Träger mit wenigstens zwei Leuchtchips bereitgestellt. Der Träger weist an gegenüberliegenden Enden jeweils einen elektrischen Kontakt auf. Die Leuchtchips sind mit den elektrischen Kontakten elektrisch leitend verbunden. Weiterhin wird ein Wärmeleitungselement mit einem Durchgangsloch bereitgestellt. Der Träger mit den Leuchtchips wird in das Durchgangsloch des Wärmeleitungselementes eingeführt und mit dem Wärmeleitungselement verbunden. Das Wärmeleitungselement ist aus einem Material gebildet, das transparent für die elektromagnetische Strahlung der Leuchtchips ist. Zudem ist das Wärmeleitungselement aus einem Material gebildet, das eine höhere thermische Leitfähigkeit als Helium aufweist. Mithilfe dieses Verfahrens kann auf einfache Weise ein strahlungsemittierendes Filament bereitgestellt werden, das eine verbesserte Wärmeabfuhr aufweist.
-
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. Es zeigen
- 1 einen ersten Querschnitt durch ein strahlungsemittierendes Filament,
- 2 eine Draufsicht auf das Filament der 1
- 3 einen Querschnitt durch das Filament der 1 und 2,
- 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführung eines Filaments,
- 5 einen weiteren Querschnitt durch das Filament der 4,
- 6 einen weiteren Querschnitt durch das Filament der 5,
- 7 eine perspektivische Darstellung eines Filaments mit einem Wärmeleitungselement, und
- 8 eine schematische Darstellung eines Leuchtmittels.
-
1 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung ein Filament 100, das einen Träger 120 aufweist. Auf dem Träger 120 sind Leuchtchips 110 angeordnet. Auf dem Träger 120 sind elektrische Leiterbahnen 130 vorgesehen. Weiterhin weist der Träger 120 einen ersten elektrischen Kontakt 150 und zweiten elektrischen Kontakt 155 an gegenüberliegenden Enden des Trägers 120 auf. Eine erste und eine letzte Leiterbahn 130 sind jeweils mit dem ersten beziehungsweise dem zweiten elektrischen Kontakt 150, 155 elektrisch leitend verbunden. Zudem verbinden die elektrischen Leiterbahnen 130 die Leuchtchips 110 in Form einer Serienschaltung. Dazu weist jeder Leuchtchip 110 auf einer Unterseite einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss 111, 112 auf. Die Leuchtchips 110 sind ausgebildet, um eine elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, zu erzeugen. Beispielsweise können die Leuchtchips 110 blaues, rotes oder grünes Licht erzeugen. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Leuchtchips 110 mit einer Leuchtschicht 140 bedeckt sein. Die Leuchtschicht 140 weist ein optisch anregbares Leuchtmittel auf, das die elektromagnetische Strahlung der Leuchtchips absorbiert und mit einer veränderten Wellenlänge emittiert. Beispielsweise kann die Leuchtschicht 140 ein Matrixmaterial und ein Leuchtmaterial in Form von rotem oder grünem Phosphor aufweisen. Das Leuchtmittel kann einen MDF Phosphor oder einen KSF Phosphor beinhalten.
-
In der dargestellten Ausführungsform bedeckt die Leuchtschicht 140 sowohl die Leuchtchips 110 als auch eine Oberfläche des Trägers 120. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Leuchtschicht 140 auch nur auf den Leuchtchips 110 angeordnet sein. Anstelle der Leuchtschicht 140 oder zusätzlich zur Leuchtschicht 140 kann eine Schutzschicht die Leuchtchips 110 und den Träger 120 bedecken. In der dargestellten Ausführungsform ist die Leuchtschicht 140 nur auf der Oberseite 160 des Trägers 120 und auf den Leuchtchips 110 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch der gesamte Träger 120, d.h. auch Seitenflächen und eine Unterseite des Trägers mit der Leuchtschicht 140 bedeckt sein.
-
Die Leuchtchips 110 stellen strahlungsemittierende Halbleiterchips dar. Der Träger 120 kann aus einem steifen oder einem flexiblen Trägermaterial, insbesondere einer Trägerplatte, gebildet sein. Der Träger 120 kann auch aus Siliziumcarbid oder Saphir bestehen. Der Träger 120 weist die Form eines Streifens auf. Dabei ist eine Höhe des Streifens in einer Z-Richtung deutlich kleiner als eine Länge des Streifens in einer X-Richtung. Die Leuchtchips 110 können beispielsweise als Leuchtdioden oder als Laserdioden ausgebildet sein. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Leuchtchips 110 elektrische Anschlüsse 111, 112 auf der Unterseite auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die elektrischen Anschlüsse auch seitlich und/oder an der Oberseite der Leuchtchips 110 vorgesehen sein. Zudem können für eine elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen 130 anstelle eines direkten Kontaktes zwischen den elektrischen Anschlüssen 111, 112 der Leuchtchips 110 auch Bonddrähte vorgesehen sein. Der Träger 120 erstreckt sich in der Längsrichtung entlang einer x-Achse. Eine Höhe beziehungsweise eine Dicke des Trägers 120 ist entlang einer z-Achse angeordnet.
-
2 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung der 1, wobei eine Breite des Trägers 120 in einer y-Achse angeordnet ist. Die Breite des Trägers ist größer als die Höhe des Trägers. In der gewählten Darstellung ist die Leuchtschicht 140 transparent dargestellt. Wie bereits ausgeführt, kann auch auf die Leuchtschicht 140 verzichtet werden. Zudem kann abhängig von der gewählten Ausführungsform ein Träger 120 nur zwei Leuchtchips 110 aufweisen, die seriell oder parallel angeordnet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann ein Träger 120 auch mehr als zwei Leuchtchips 110 aufweisen, die seriell und/oder parallel elektrisch leitend mit den elektrischen Kontakten 150, 155 verbunden sind. Die Anordnung der Leuchtchips 110 kann entsprechend unterschiedlich ausgebildet sein. Weiterhin können die Leiterbahnen 130 auch entsprechend benötigte Formen für die elektrische Verschaltung der Leuchtchips 110 aufweisen. Die elektrischen Kontakte 150, 155 sind beispielsweise aus Metall gebildet. Die x-Achse, die z-Achse und die y-Achse bilden ein orthogonales Koordinatensystem.
-
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Filament 100 der 1 und 2, in der z-y-Ebene durch einen Leuchtchip 110. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Leuchtchip 110 und eine Oberseite 160 des Trägers 120 mit der Leuchtschicht 140 bedeckt sind.
-
4 zeigt einen Querschnitt in einer z-x-Ebene durch eine weitere Ausführung eines strahlungsemittierendes Filaments 100, das im Wesentlichen gemäß der Ausführung der 1 und 2 ausgebildet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist jedoch die Leuchtschicht 140 in der Weise ausgebildet, dass die Oberseite, Seitenflächen und auch eine Unterseite des Trägers 120 in die Leuchtschicht 140 eingebettet sind.
-
5 zeigt einen Querschnitt in der z-x-Ebene durch das Filament 100 der 4.
-
6 zeigt einen Querschnitt durch einen Leuchtchip 110 des Filaments 100 der 5 in der z-y-Ebene senkrecht zur Längsachse des Filaments 100. Dabei ist zu erkennen, dass der Träger 120 und der Leuchtchip 110 in die Leuchtschicht 140 eingebettet sind.
-
7 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein strahlungsemittierendes Filament 100, das in einem Durchgangsloch 170 eines Wärmeleitungselementes 180 angeordnet ist. Das Filament 100 kann gemäß den 1 bis 6 ausgebildet sein. Das Durchgangsloch 170 ist in der dargestellten Ausführungsform zylinderförmig ausgebildet und weist im Querschnitt senkrecht zur Längsachse des Filaments 100 eine Kreisform auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch andere Querschnitte und/oder andere Formen des Durchgangsloches 170 verwendet werden. Das Durchgangsloch 170 ist an gegenüberliegenden Seitenflächen 190, 195 des Wärmeleitungselementes 180 geöffnet. Aus den gegenüberliegenden Öffnungen des Durchgangsloches 170 ragen die elektrischen Kontakte 150, 155 heraus.
-
Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch Endstücke des Trägers 120 aus den gegenüberliegenden Seitenflächen 190, 195 des Wärmeleitungselementes 190 aus dem Durchgangsloches 170 herausragen. Zudem können die elektrischen Kontakte 150, 155 auch innerhalb des Durchgangsloches 170 in den Endbereichen des Durchgangsloches 170 enden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Durchgangsloch 170 auch im Endbereich einen größeren Querschnitt aufweisen, um eine einfachere elektrische Kontaktierung der elektrischen Kontakte 150, 155 zu ermöglichen.
-
Das Wärmeleitungselement 180 weist in der dargestellten Ausführungsform die Form eines Zylinders mit dem mittigen Durchgangsloch auf. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Wärmeleitungselement 180 auch andere Formen und/oder Querschnitte aufweisen. Das Wärmeleitungselement ist aus einem Material gebildet, das transparent für die elektromagnetische Strahlung der Leuchtchips ist. Dabei kann beispielsweise Glas als Material für das Wärmeleitungselement 180 verwendet werden. Somit kann das Wärmeleitungselement als Glasröhrchen ausgebildet sein. Weiterhin ist das Wärmeleitungselement aus einem Material gebildet, das eine höhere thermische Leitfähigkeit als Helium aufweist. Dies ist bei Glas mit einer thermischen Leitfähigkeit von 0,8 Watt pro Millikelvin gegeben. Die thermische Leitfähigkeit von Helium liegt in einem Bereich von 0,14 Watt pro Millikelvin.
-
Der Querschnitt des Durchgangsloches ist im Vergleich zum Querschnitt des Trägers 120 mit den Leuchtchips 110 und eventuell der Leuchtschicht 140 in der Weise ausgeführt, dass abhängig von der gewählten Ausführungsform ein Spalt bzw. ein Hohlraum zwischen dem Träger 120 und dem Wärmeleitungselement 180 über das gesamte Durchgangsloch 170 hinweg ausgebildet ist. Damit ist gemeint, dass sich der Spalt bzw. Hohlraum über die gesamte Länge des Durchgangsloches erstreckt. Der Träger 120 kann dabei aber auch wenigstens stellenweise oder durchgängig über die gesamte Länge mit dem Wärmeleitungselement 180 verbunden sein. Auf diese Weise kann ein thermischer Ausgleich innerhalb des Durchgangsloches 170 mithilfe einer Luft- bzw. Gaszirkulation erreicht werden. Im Spalt zwischen dem Träger 120 mit den Leuchtchips 110 und der eventuell vorgesehenen Leuchtschicht 140 kann Luft oder Gas vorgesehen sein. Zudem kann der Träger 120 mit den Leuchtchips 110 und mit eventuell der Leuchtschicht 140 mithilfe einer Klebeschicht, insbesondere aus einem transparenten Kleber mit dem Wärmeleitungselement 180 verbunden sein. Als Kleber kann z.B. ein niedrigviskoser Silikonkleber verwendet werden.
-
Das Filament 100 ist in dem Durchgangsloch 170 befestigt. Dazu können beispielsweise wärmeleitende Kleber verwendet werden, die ganzflächig oder punktweise zwischen dem Träger 120 und der Innenseite des Wärmeleitungselementes 180 ausgebildet sind. Die Breite des Trägers kann so gewählt sein, dass wenigstens 70 % der Breite des Durchgangsloches 170 durch den Träger ausgefüllt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Leuchtschicht oder eine Schutzschicht auch direkt an einer Innenwand des Durchgangsloches 170 anliegen.
-
Weiterhin kann das Wärmeleitungselement 180 auch eine raue, aufgeraute oder strukturierte Außenwand 200 aufweisen. Mithilfe der aufgerauten und/oder strukturierten Außenwand 200 wird die Oberfläche des Wärmeleitungselementes 180 vergrößert. Dadurch wird eine Wärmeübertragung an die Umgebung verbessert. In analoger Weise kann auch eine Innenwand 260 des Durchgangsloches 170 aufgeraut ausgebildet sein, um eine vergrößerte Oberfläche aufzuweisen.
-
8 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Leuchtmittel 210, das ein transparentes Gehäuse 220 aufweist. Das Leuchtmittel 210 ist in Form einer Glühbirne ausgebildet. Das Gehäuse 220 ist aus Glas gebildet. Das Gehäuse 220 ist gasdicht abgeschlossen und weist einen ersten und einen zweiten Kontaktanschluss 230, 240 auf. Im Gehäuse 220 sind zwei Filamente 100 mit Wärmeleitungselementen 180 angeordnet. Die Filamente 100 mit Wärmeleitungselementen 180 sind gemäß 7 ausgebildet. Die elektrischen Kontakte 150, 155 der Filamente 100 sind mit dem ersten beziehungsweise dem zweiten Kontaktanschluss 230, 240 des Leuchtmittels 210 über Drähte 250 elektrisch leitend verbunden. In der dargestellten Ausführungsform sind die zwei Filamente elektrisch in Serie geschaltet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch nur ein Filament mit einem Wärmeleitungselement 180 im Gehäuse 220 angeordnet sein. Zudem können auch mehr als zwei Filamente 100 mit Wärmeleitungselementen 180 im Gehäuse 220 angeordnet sein. Zudem können die Filamente elektrisch in Serie und/oder parallel verschaltet sein.
-
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das Gehäuse 220 mit Luft oder mit einem Gas wie zum Beispiel Helium gefüllt sein. Durch die Anordnung des Wärmeleitungselementes 180 um das strahlungsemittierende Filament 100 herum wird eine verbesserte Wärmeabgabe vom Filament 100 an die Umgebung, das heißt den Innenraum des Gehäuses 220 ermöglicht.
-
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben. Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Filament
- 110
- Leuchtchip
- 111
- erster elektrischer Anschluss des Leuchtchips
- 112
- zweiter elektrischer Anschluss des Leuchtchips
- 120
- Träger
- 130
- Leiterbahn
- 140
- Leuchtschicht
- 150
- erster elektrischer Kontakt
- 155
- zweiter elektrischer Kontakt
- 160
- Oberseite Träger
- 170
- Durchgangsloch
- 180
- Wärmeleitungselement
- 190
- erste Seitenfläche
- 195
- zweite Seitenfläche
- 200
- Außenwand
- 210
- Leuchtmittel
- 220
- Gehäuse
- 230
- erster Kontaktanschluss
- 240
- zweiter Kontaktanschluss
- 250
- Draht
