DE102018100766A1

DE102018100766A1 - Leuchtmodul, Leuchtmittel und Verfahren zur Herstellung eines Leuchtmoduls

Info

Publication number: DE102018100766A1
Application number: DE102018100766.3A
Authority: DE
Inventors: Florian Bösl; Matthias Sabathil
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2019-07-18
Also published as: WO2019137776A1

Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmodul (100) einen Träger (1) mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten (10) und einer die Hauptseiten (10) verbindenden Oberseite (11). Ferner umfasst das Leuchtmodul eine Mehrzahl von Halbleiterchips (2) auf der Oberseite des Trägers. Die Halbleiterchips sind dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren. Die Halbleiterchips sind auf der Oberseite entlang einer Linie aufgereiht. Der Träger ist durchlässig für sichtbares Licht. Der Träger ist selbsttragend und trägt die Halbleiterchips. Die Flächen der Hauptseiten sind jeweils größer als die Fläche der Oberseite.

Description

Es wird ein Leuchtmodul angegeben. Darüber hinaus werden ein Leuchtmittel und ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtmoduls angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein leicht zu verarbeitendes Leuchtmodul anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtmittel mit einem solchen Leuchtmodul anzugeben. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leuchtmoduls anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche und des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmodul einen Träger mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten und einer die Hauptseite verbindenden Oberseite. Die Hauptseiten sind bevorzugt Parallelflächen. Das heißt, die Hauptseiten weisen im Rahmen der Herstellungstoleranz überall den gleichen Abstand zueinander auf. Der Abstand zwischen den Hauptseiten beträgt beispielsweise zumindest 0,5 mm oder zumindest 1 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Abstand zwischen den Hauptseiten höchstens 5 mm oder höchstens 2 mm. Die Hauptseiten können flach oder gekrümmt sein oder gekrümmte Abschnitte aufweisen.
Die Oberseite verläuft insbesondere quer zu den Hauptseiten, bevorzugt senkrecht zu den Hauptseiten. Die Oberseite ist mit den Hauptseiten jeweils über eine Kante verbunden. Die Oberseite kann flach oder gekrümmt sein oder gekrümmte Abschnitte aufweisen. Der Abstand zwischen den Hauptseiten beziehungsweise den zugehörigen Kanten definiert die Breite der Oberseite. Die Länge der Oberseite, gemessen entlang der Kanten, ist bevorzugt größer als die Breite, beispielsweise um einen Faktor von zumindest 2 oder zumindest 5 oder zumindest 10 oder zumindest 20. Die Oberseite ist also bevorzugt länglich ausgebildet.
Die Hauptseiten und die Oberseite bilden bevorzugt Außenflächen des Trägers. Die Hauptseiten des Trägers bilden bevorzugt freiliegende Außenflächen des Leuchtmoduls. Beispielsweise sind höchstens 5 % oder höchstens 1 % der Fläche der Hauptseiten von festen Materialien oder Schichten aus festen Materialien überdeckt.
Der Träger ist bevorzugt einstückig oder einteilig ausgebildet. Das heißt, alle Bereiche des Trägers sind integral miteinander ausgebildet und enthalten das gleiche Material oder bestehen aus dem gleichen Material. Der Träger ist beispielsweise aus einem Guss. Bevorzugt ist der Träger zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend, ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmodul eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf der Oberseite des Trägers. Die Halbleiterchips sind auf der Oberseite dauerhaft befestigt, beispielsweise aufgeklebt oder aufgelötet. Auf der Oberseite sind beispielsweise zumindest fünf oder zumindest zehn oder zumindest 20 oder zumindest 50 Halbleiterchips angeordnet.
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Insbesondere weisen Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips dann zum Beispiel Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet. Der optoelektronische Halbleiterchip umfasst eine zusammenhängende oder eine segmentierte aktive Schicht. Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Schicht, ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht. Der Halbleiterchip umfasst beispielsweise noch das Aufwachsubstrat, auf dem die gesamte Halbleiterschichtenfolge gewachsen ist.
Bei den Halbleiterchips kann es sich um Volumenemitter handeln, bei denen das Aufwachsubstrat, zum Beispiel ein Saphirsubstrat, noch vorhanden ist. Alternativ kann es sich um so genannte Dünnfilm-Chips handeln, bei denen das Aufwachssubstrat entfernt ist. Bevorzugt handelt es sich bei den Halbleiterchips um Volumenemitter, die mit dem Aufwachsubstrat voran auf der Oberseite befestigt sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren. Insbesondere sind die Halbleiterchips dazu eingerichtet, UV-Strahlung und/oder sichtbares Licht zu emittieren.
Jeder Halbleiterchip umfasst dazu eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung. Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, oder um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs oder Al_nIn_1-n-mGa_mAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und m + n ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur und kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich erzeugen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips auf der Oberseite entlang einer Linie aufgereiht. Die Linie verläuft zum Beispiel durch die Mittelpunkte oder Zentren oder Schwerpunkt der Halbleiterchips. Bei der Linie kann es sich um eine gerade oder eine gekrümmte Kurve handeln. Die Linie bildet beispielsweise eine Parallelkurve zu den die Hauptseiten und die Oberseite verbindenden Kanten.
Die Halbleiterchips sind zum Beispiel äquidistant entlang der Linie angeordnet. Die Halbleiterchips können aber auch nicht-äquidistant angeordnet sein. Beispielsweise nimmt der Abstand ziwschen den Halbleiterchips dann von der Mitte der Linie zu den Enden der Linie hin ab.
Beispielsweise ist auf der Oberseite eine einzige Reihe aus Halbleiterchips angeordnet. Alternativ können auch mehrere, zum Beispiel parallele, Reihen aus Halbleiterchips auf der Oberseite angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger durchlässig für sichtbares Licht. Der Träger kann dabei transparent oder transluzent für sichtbares Licht sein. Der Träger ist insbesondere durchlässig für die von dem Leuchtmodul im bestimmungsgemäßen Betrieb emittierte Strahlung. Insbesondere ist der Träger durchlässig für Strahlung zwischen 420 nm und 650 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger selbstragend und trägt die Halbleiterchips. Der Träger bildet insbesondere die stabilisierende Komponente, bevorzugt die einzige stabilisierende Komponente des Leuchtmoduls. Ohne den Träger würden die Halbleiterchips beispielsweise nicht in ihrer vorgesehenen Anordnung verbleiben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Flächen der Hauptseiten jeweils größer als die Fläche der Oberseite. Beispielsweise ist die Fläche jeder Hauptseite zumindest doppelt so groß oder zumindest fünfmal so groß oder zumindest zehnmal so groß oder zumindest 20-mal so groß wie die Fläche der Oberseite. Zum Beispiel hat die Oberseite eine Fläche zwischen einschließlich 2,5 mm² und 160 mm². Die Hauptseiten haben beispielsweise jeweils eine Fläche zwischen einschließlich 25 mm² und 4000 mm².
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmodul einen Träger mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten und einer die Hauptseiten verbindenden Oberseite. Ferner umfasst das Leuchtmodul eine Mehrzahl von Halbleiterchips auf der Oberseite des Trägers. Die Halbleiterchips sind dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren. Die Halbleiterchips sind auf der Oberseite entlang einer Linie aufgereiht. Der Träger ist durchlässig für sichtbares Licht. Der Träger ist selbsttragend und trägt die Halbleiterchips. Die Flächen der Hauptseiten sind jeweils größer als die Fläche der Oberseite.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zu Grunde, dass LED-Filamente eingesetzt werden können, um den optischen Eindruck von Glühdrähten nachzuahmen. Diese Filamente werden zum Beispiel in einem Glaskolben eingebaut, der identisch zu dem Glaskolben von üblichen Glühlampen sein kann. Zur besseren Entwärmung ist der Glaskolben beispielsweise mit Helium gefüllt.
Um eine bestimmte Helligkeit zu erreichen, werden häufig mehrere LED-Filamente zusammen in einem Leuchtmittel, wie einer Lampe, verbaut. Zum Beispiel werden für eine 60 W Lampe vier LED-Filamente verbaut. Beim Einbau in den Glaskolben müssen die einzelnen Filamente mechanisch fixiert und elektrisch miteinander verbunden werden. Dieser Prozessschritt erhöht die Fertigungskosten für die Lampe beträchtlich, da der Zusammenbau der Filamente nur manuell oder halbautomatisch durchgeführt werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung wird daher von einem Lichtmodul Gebrauch gemacht, das gegenüber einem einzelnen LED-Filament, insbesondere aufgrund der Ausgestaltung des Trägers, weniger filigran ist und somit einfacher montiert und elektrisch angeschlossen werden kann. Ein weiterer technischer Vorteil ergibt sich aus den im Vergleich zur Oberseite größer gewählten Hauptseiten. Über die verhältnismäßig großen Hauptseiten kann nämlich die von den Halbleiterchips im Betrieb produzierte Wärme großflächig an ein Umgebungsgas, wie Helium, abgegeben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Hauptseiten eine oder mehrere Wölbungen auf. Die Hauptseiten können konkav und/oder konvex gekrümmte Abschnitte aufweisen. Beispielsweise sind die Hauptseiten gewellt. Insbesondere sind die Hauptseiten derart gewellt, dass die Kanten zwischen den Hauptseiten und der Oberseite ebenfalls gewellt sind. Die Hauptseiten sind bevorzugt so stark gewellt, dass die Länge einer Kante zumindest 1,2-fach oder zumindest 1,5-fach oder zumindest doppelt so groß ist wie die Länge einer die Endpunkte dieser Kante verbindenden geraden Strecke. Die Oberseite ist dabei bevorzugt flach ausgebildet.
Durch die Verwendung gewölbter oder gewellter Hauptseiten kann die Länge der Oberseite beziehungsweise die Fläche der Hauptseiten vergrößert werden, was hinsichtlich der Leuchtdichte und der Wärmeabfuhr vorteilhaft ist, wobei das Leuchtmodul gleichzeitig kompakt in seinen Abmessungen gehalten wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips thermisch an den Träger gekoppelt. Beispielsweise beträgt der minimale oder maximale oder mittlere Abstand der aktiven Schicht der Halbleiterchips zu der Oberseite des Trägers höchstens 500 µm oder höchstens 400 µm oder höchstens 300 µm. Zwischen den Halbleiterchips und dem Träger, insbesondere zwischen der Halbleiterschichtenfolge der Halbleiterchips und dem Träger, ist zum Beispiel nur Material mit einer thermischen Leitfähigkeit von zumindest 0,05 W/(m·K) oder zumindest 0,1 W/(m·K) angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine thermische Leitfähigkeit von zumindest 10 W/(m·K) oder zumindest 20 W/(m·K) oder zumindest 30 W/(m·K) auf. Der Träger kann beispielsweise aus Saphir gebildet sein.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Träger aus einem Glas gebildet ist. Der Träger ist insbesondere nicht das Aufwachsubstrat der Halbleiterschichtenfolge der Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips mit einem Konversionselement überdeckt, das im Betrieb die von den Halbleiterchips emittierte Primärstrahlung teilweise oder vollständig konvertiert. Das Konversionselement ist beispielsweise ein Verguss um die Halbleiterchips oder ein an die Halbleiterchips umformender Formkörper.
Das Konversionselement überdeckt bevorzugt eine Mehrzahl von Halbleiterchips, insbesondere alle Halbleiterchips. Dabei kann das Konversionselement zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend ausgebildet sein. Das Konversionselement ist bevorzugt einstückig oder einteilig ausgebildet. Das Konversionselement überdeckt in Draufsicht auf die Oberseite die Halbleiterchips und bevorzugt die gesamte Oberseite des Trägers. Die Hauptseiten und weitere Seitenflächen des Trägers sind im Rahmen der Herstellungstoleranz bevorzugt frei von dem Konversionselement. Beispielsweise sind höchstens 5 % der Hauptseiten und weiterer Seitenflächen des Trägers mit dem Konversionselement überdeckt.
Das Konversionselement umfasst zum Beispiel ein Matrixmaterial, wie Siloxan, insbesondere Silikon, in dem Leuchtstoffpartikel, wie Nitrid- und/oder Granat-basierte Leuchtstoffpartikel, eingebettet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Leuchtmodul so eingerichtet, dass es im bestimmungsgemäßen Betrieb weißes Licht emittiert. Beispielsweise emittieren die Halbleiterchips Primärstrahlung im UV-Bereich oder im blauen Spektralbereich. Das Konversionselement wandelt dann zum Beispiel die Primärstrahlung teilweise in Licht im gelben bis grünen und/oder orangen bis roten Spektralbereich um. Die aus dem Leuchtmodul austretende Strahlung ist dann bevorzugt weißes Mischlicht aus der Primärstrahlung und der konvertierten Strahlung.
Eine der Oberseite abgewandte Außenseite des Konversionselements bildet beispielsweise eine weitere Außenfläche des Leuchtmoduls. Im bestimmungsgemäßen Betrieb grenzt diese Außenseite des Konversionselements beispielsweise an ein Gas. Der maximale Abstand der Außenseite des Konversionselements zur Oberseite des Trägers beträgt beispielsweise höchstens 2 mm oder höchstens 1,5 mm. Beispielsweise werden Außenseiten des Leuchtmoduls, die im bestimmungsgemäßen Betrieb an ein Umgebungsgas grenzen, zu zumindest 90 % oder zumindest 95 % von dem Träger und dem Konversionselement gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen den Halbleiterchips und dem Träger eine reflektierende Schicht angeordnet. Entlang der Oberseite überlappt die reflektierende Schicht mit den Halbleiterchips bevorzugt vollständig. Das heißt, die reflektierende Schicht ist überall zwischen den Halbleiterchips und der Oberseite angeordnet. Beispielsweise ist die Oberseite vollständig mit der reflektierenden Schicht beschichtet. Die reflektierende Schicht ist bevorzugt zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend ausgebildet.
Die reflektierende Schicht ist insbesondere reflektierend für die Primärstrahlung. Beispielsweise handelt es sich bei der reflektierenden Schicht um eine Metallschicht, wie eine Silberschicht. Die reflektierende Schicht hat beispielsweise eine Reflektivität von zumindest 90 % für die Primärstrahlung.
Durch die reflektierende Schicht wird im bestimmungsgemäßen Betrieb des Leuchtmoduls vermieden, dass unkonvertierte Primärstrahlung direkt in den strahlungsdurchlässigen Träger gelangt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips über eine Länge von zumindest 1 cm oder zumindest 2 cm oder zumindest 3 cm hintereinander aufgereiht. Alternativ oder zusätzlich sind die Halbleiterchips über eine Länge von höchstens 10 cm oder höchstens 8 cm oder höchstens 5 cm hintereinander aufgereiht. Die Länge wird dabei von dem ersten bis zum letzten Halbleiterchip in der Reihe gemessen. Insbesondere wird die Länge entlang der Linie, entlang der die Halbleiterchips aufgereiht sind, gemessen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips elektrisch in Reihe geschaltet. Beispielsweise ist jeder Halbleiterchip mit dem oder mit den benachbarten Halbleiterchips unmittelbar elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise ist zwischen je zwei benachbarten Halbleiterchips ein Kontaktdraht gespannt oder eine Leiterbahn gelegt.
Alternativ können die Halbleiterchips auch elektrisch prallel geschaltet sein. Dies kann vorteilhaft sein, wenn die zulässige Gesamtspannung im Leuchtmodul begrenzt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine der Oberseite gegenüberliegende Rückseite auf. Der minimale Abstand zwischen der Oberseite und der Rückseite beträgt beispielsweise zumindest 5 mm oder zumindest 10 mm oder zumindest 20 mm. Die Oberseite und die Rückseite sind insbesondere durch die Hauptseiten voneinander beabstandet und grenzen jeweils an die Hauptseiten.
Die Begriffe „Oberseite“ und „Rückseite“ beschränken das Leuchtmodul nicht auf eine räumliche Ausrichtung. Das heißt, im Betrieb kann, muss aber nicht, die Rückseite der Oberseite in Gravitationsrichtung nachgeordnet sein.
In eine Richtung von der Oberseite zur Rückseite überlappen die Halbleiterchips bevorzugt nicht mit der Hauptseite. Die Hauptseiten sind den Halbleiterchips in dieser Richtung nachgeordnet. Das heißt, in einer Seitenansicht auf die Hauptseiten überdecken die Hauptseiten die Halbleiterchips bevorzugt weder teilweise noch vollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Leuchtmoduls an oder im Bereich der Rückseite ausgebildet. Die Kontaktelemente liegen im unmontierten Zustand des Leuchtmoduls bevorzugt frei und sind somit für eine externe elektrische Kontaktierung des Leuchtmoduls frei zugänglich. Die Kontaktelemente sind bevorzugt metallisch ausgebildet. Eines der Kontaktelemente bildet zum Beispiel eine Anode des Leuchtmoduls, das andere Kontaktelement eine Kathode.
Die Kontaktelemente können an der Rückseite angebracht sein. Es können die Kontaktelemente aber auch nur im Bereich der Rückseite, aber nicht direkt an der Rückseite angeordnet sein. Beispielsweise sind dann die Kontaktelemente an einer oder beiden Hauptseiten angeordnet, wobei ein Abstand zwischen den Kontaktelementen und der Rückseite kleiner, zum Beispiel um einen Faktor von zumindest 2 oder zumindest 5 kleiner, ist als ein Abstand zwischen den Kontaktelementen und der Oberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind elektrische Leitungen, beispielsweise Drähte, von den Halbleiterchips bis zu den Kontaktelementen geführt. Über die elektrischen Leitungen sind die Halbleiterchips elektrisch leitend mit den Kontaktelementen verbunden. Beispielsweise sind zwei elektrische Leitungen von den beiden äußeren Halbleiterchips der Reihe der Halbleiterchips bis zu den beiden Kontaktelementen geführt.
Die elektrischen Leitungen können auf den Hauptseiten aufliegen oder im Träger eingebettet sein.
Darüber hinaus wird ein Leuchtmittel angegeben. Das Leuchtmittel umfasst insbesondere ein hier beschriebenes Leuchtmodul. Alle im Zusammenhang mit dem Leuchtmodul offenbarten Merkmale sind daher auch für das Leuchtmittel offenbart und umgekehrt. Das Leuchtmittel ist beispielsweise eine Lampe, insbesondere für eine Innenraumbeleuchtung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmittel ein Leuchtmodul gemäß einer oder mehreren der vorherigen Ausführungsformen. Das heißt, das Leuchtmittel umfasst zumindest ein solches Leuchtmodul, kann aber auch mehrere, beispielsweise genau zwei oder genau drei oder genau vier, solche Leuchtmodule umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmittel ein für sichtbares Licht durchlässiges Gehäuse. Das Gehäuse ist insbesondere durchlässig für die von dem Leuchtmodul im bestimmungsgemäßen Betrieb emittierte Strahlung. Beispielsweise ist das Gehäuse für sichtbares Licht transparent oder transluzent. Das Gehäuse kann Glas umfassen oder daraus bestehen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Gehäuse um einen Glaskolben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Leuchtmodul in einem Inneren des Gehäuses angeordnet. Das Innere ist von einer oder mehreren Gehäusewänden des Gehäuses umgeben. Das Leuchtmodul ist bevorzugt von den Gehäusewänden des Gehäuses beabstandet. Das Innere des Gehäuses ist beispielsweise mit einem Gas gefüllt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gehäuse gasdicht verschlossen, so dass im bestimmungsgemäßen Betrieb kein Gasaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung stattfindet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Gehäuse mit Helium gefüllt. Mithilfe von Helium kann die von dem Leuchtmodul im Betrieb erzeugte Wärme besonders effizient abgeführt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Leuchtmittel weiter ein Halteelement, das ins Innere des Gehäuses geführt ist beziehungsweise ins Innere des Gehäuses hineinragt. Das Leuchtmodul ist an dem Halteelement befestigt und über das Halteelement elektrisch kontaktiert. Das Leuchtmodul ist beispielsweise mittels einer Klammer an dem Halteelement befestigt.
Das Halteelement umfasst beispielsweise Leiterbahnen, die vom Inneren des Gehäuses nach außen geführt sind, so dass das Leuchtmittel elektrisch kontaktiert werden kann. Die Leiterbahnen sind dann zum Beispiel elektrisch leitend mit den Kontaktelementen des Leuchtmoduls verbunden. Beispielsweise sind die Kontaktelemente mit den Leiterbahnen verlötet.
Bei dem Halteelement handelte sich insbesondere um einen so genannten Pumpstängel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Leuchtmodul mit der Rückseite voran an dem Halteelement befestigt. Insbesondere weist die Oberseite des Trägers also von dem Halteelement weg.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtmoduls angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier beschriebenen Leuchtmoduls. Alle im Zusammenhang mit dem Leuchtmodul beschriebenen Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A), in dem eine Mehrzahl von gleich geformten Trägern bereitgestellt wird. „Gleich geformt“ bedeutet vorliegend, dass die Träger im Rahmen der Herstellungstoleranz gleich sind. Das heißt, die Träger könnten rein theoretisch derart ineinander abgebildet werden, dass zumindest 95 % der Volumina der Träger miteinander überlappen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst jeder Träger zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten und eine die Hauptseiten verbindende Oberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Hauptseiten des Trägers jeweils größer als die Oberseite.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B), in dem die Träger derart zu einem Trägerverbund gestapelt werden, dass die Hauptseiten der Träger aufeinander liegen und die Oberseiten der Träger zusammen eine Montageseite bilden. Insbesondere werden die Hauptseiten dabei derart aufeinandergelegt, dass die Oberseiten im Wesentlichen bündig miteinander abschließen und somit eine Montageseite ohne Spalten oder Löcher bilden. Beispielsweise werden die Hauptseiten deckungsgleich aufeinandergelegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C), bei dem Halbleiterchips auf die Montageseite aufgebracht werden. Die Halbleiterchips werden beispielsweise auf die Montageseite aufgeklebt oder aufgelötet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterchips dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt C) auf die Oberseite jedes Trägers eine Mehrzahl von Halbleiterchips aufgebracht. Insbesondere werden die Halbleiterchips entlang einer Linie auf der Oberseite jedes Trägers aufgereiht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt D), in dem der Trägerverbund in eine Mehrzahl von Leuchtmodulen vereinzelt wird, die jeweils einen Träger und mehrere Halbleiterchips auf der Oberseite des Trägers aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A) bis D) nacheinander und in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach dem Schritt C) die Halbleiterchips mit einem Konversionselement überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor dem Schritt C) eine reflektierende Schicht auf die Montageseite aufgebracht. Die reflektierende Schicht überdeckt die Montageseite zum Beispiel vollständig.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Leuchtmodul, ein hier beschriebenes Leuchtmittel und ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines Leuchtmoduls unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:

1A bis 1C ein Ausführungsbeispiel des Leuchtmoduls in perspektivischer Darstellung, in Draufsicht und in Seitenansicht,
2 und 3 Ausführungsbeispiele eines Leuchtmittels in perspektivischer Darstellung,
4A bis 4C verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtmoduls.

In der 1A ist ein Ausführungsbeispiel des Leuchtmoduls 100 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Das Leuchtmodul 100 umfasst einen Träger 1, beispielsweise einen Glasträger oder Saphirträger. Der Träger 1 umfasst zwei einander gegenüberliegende Hauptseiten 10, die Parallelflächen bilden. Die Hauptseiten 10 sind durch eine Oberseite 11 miteinander verbunden. Die Oberseite 11 ist kleiner, insbesondere um einen Faktor von zumindest 5 kleiner, als die Hauptseiten 10. Ein Abstand zwischen den Hauptseiten 10 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 1 mm und 2 mm.
Auf der Oberseite 11 sind mehrere Halbleiterchips 2 entlang einer Linie aufgereiht. Die Halbleiterchips 2 emittieren im bestimmungsgemäßen Betrieb Primärstrahlung. Beispielsweise handelt es sich bei den Halbleiterchips 2 um GaN-basierte Volumenemitter.
Die Halbleiterchips 2 sind von einem Konversionselement 3 überdeckt. Das Konversionselement 3 ist zusammenhängend ausgebildet und überdeckt gleichzeitig alle Halbleiterchips 2. Bei dem Konversionselement 3 handelt es sich beispielsweise um einen Vergusskörper oder einen Formkörper. Das Konversionselement 3 basiert beispielsweise auf Silikon und umfasst in dem Silikon eingebettete Leuchtstoffpartikel.
Der Oberseite 11 liegt eine Rückseite 12 des Trägers 1 gegenüber. Die Oberseite 11 und die Rückseite 12 sind voneinander beabstandet. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der Oberseite 11 und der Rückseite 12 zumindest 10 mm.
Im Bereich der Rückseite 12 sind auf den Hauptseiten 10 Kontaktelemente 6, 7 aufgebracht. Die Kontaktelemente 6, 7 sind beispielsweise metallisch gebildet und liegen frei. Ausgehend von den Kontaktelementen 6, 7 erstrecken sich elektrische Leitungen 5, vorliegend Drähte 5, bis zu den beiden äußeren Halbleiterchips 2 auf der Oberseite 11.
In der 1A ist zu erkennen, dass die Hauptseiten 10 gewellt sind, also mehrere konkav und konvex gekrümmte Wölbungen 13 aufweisen. Die Oberseite 11 dagegen ist flach.
In der 1B ist das Leuchtmodul 100 der 1A in Draufsicht auf die Oberseite 11 gezeigt. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist das Konversionselement 3 nicht dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind durch die wellige Form der Hauptseiten 10 die die Hauptseiten 10 mit der Oberseite 11 verbindenden Kanten ebenfalls wellenartig ausgebildet. Die Halbleiterchips 2 sind entlang einer Linie hintereinander aufgereiht, die ebenfalls eine wellenartige Form hat. Die Linie, entlang der die Halbleiterchips 2 aufgereiht sind, ist beispielsweise eine Parallelkurve zu den Kanten der Oberseite 11. Die Länge der die Oberseite 11 mit den Hauptseiten 10 verbindenden Kanten beträgt hier beispielsweise zumindest 2 cm. Ebenso sind die Halbleiterchips 2 über eine Länge von zumindest 2 cm hintereinander aufgereiht.
Ferner ist in der 1B zu erkennen, dass zwischen den Halbleiterchips 2 und der Oberseite 11 eine reflektierende Schicht 4 angeordnet ist. Die reflektierende Schicht 4 Überlappt vollständig mit den Halbleiterchips 2. Auf diese Weise kann eine von den Halbleiterchips 2 im Betrieb emittierte Primärstrahlung nicht direkt in den Träger 1 gelangen. Die reflektierende Schicht 4 ist beispielsweise eine Silberschicht.
Anders als in der 1B dargestellt, kann die reflektierende Schicht 4 auch die gesamte Oberseite 11 des Trägers 1 überdecken.
In der 1B ist zu erkennen, dass die Halbleiterchips 2 über Kontaktdrähte 21 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Vorliegend sind Kontaktstellen der Halbleiterchips 2 auf den dem Träger 1 abgewandten Seiten der Halbleiterchips 2 ausgebildet. Bei den Halbleiterchips 2 handelt es sich beispielsweise um Saphirchips, bei denen das Saphir-Aufwachsubstrat dem Träger 1 zugewandt ist.
In der 1C ist eine Seitenansicht des Leuchtmoduls 100 in Draufsicht auf eine Hauptseite 10 dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Rückseite 12 kürzer ist als die Oberseite 11 ist. Vorliegend beträgt die Länge der Rückseite 12 höchstens 80 % der Länge der Oberseite 11. Die Hauptseiten 10 verjüngen sich von der Oberseite 11 in Richtung der Rückseite 12. Die Hauptseiten sind in der dargestellten Seitenansicht also trapezförmig ausgebildet.
In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Leuchtmittels 1000 in perspektivischer Darstellung gezeigt. Das Leuchtmittel 1000 umfasst ein Gehäuse 200 und ein Leuchtmodul 100, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit den 1A bis 1C beschrieben ist. Das Leuchtmodul 100 ist in einem Inneren des Gehäuses 200 angeordnet. Bei dem Gehäuse 200 handelt es sich vorliegend um einen Glaskolben.
Das Gehäuse 200 ist gasdicht verschlossen, so dass kein Gasaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses 200 und der Umgebung stattfindet.
Das Leuchtmodul 100 ist auf einem Halteelement 201, vorliegend einem Pumpstängel 201, montiert und elektrisch angeschlossen. Das Halteelement 201 erstreckt sich bis ins Innere des Gehäuses 200 und umfasst elektrische Leiterbahnen, die mit den Kontaktelementen des Leuchtmoduls 100 elektrisch leitend verbunden sind. Das Halteelemente 201 und die Leiterbahnen sind aus dem Inneren des Gehäuses 200 herausgeführt. Die Leiterbahnen sind außerhalb des Gehäuses 200 elektrisch leitend mit einem Gewinde 202 des Leuchtmittels 1000 verbunden. Das Gewinde 202 kann in eine Fassung einer Leuchte eingeschraubt werden, wodurch das Leuchtmittel 1000 elektrisch kontaktiert wird. Das Leuchtmittel 1000 ist eine Lampe.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leuchtmittels 1000 dargestellt. Das Leuchtmittel 1000 der 3 weist ebenfalls ein Gehäuse 200 und Halteelemente 201 auf. Anders als in der 2 umfasst das Leuchtmittel 1000 der 3 hier mehrere Leuchtmodule 100, die an dem Halteelement 201 befestigt und elektrisch angeschlossen sind.
Die Leuchtmodule 100 der 3 unterscheiden sich von dem zuvor beschriebenen Leuchtmodul 100 der 1A bis 1C. Insbesondere sind die Hauptseiten 10 der Leuchtmodule 100 flach ausgebildet und weisen eine dreieckige Form auf.
In den 4A bis 4C sind verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines Leuchtmoduls 100 gezeigt.
In der Position der 4A ist eine Mehrzahl von gleichartigen Trägern 1 zu einem Trägerverbund 110 aufeinander gestapelt. Die Träger 1 sind beispielsweise durch eine Klammer (nicht gezeigt) in dem Trägerverbund 110 gehalten. Dabei sind die Hauptseiten 10 der Träger 1 deckungsgleich aufeinandergelegt, sodass die Oberseiten 11 bündig miteinander abschließen und eine Montageseite 111 bilden. Die Fläche der Montageseite 111 entspricht also der Anzahl der aneinandergelegten Träger 1 multipliziert mit der jeweiligen Fläche der Oberseite 11. Ferner ist die Montageseite 111 im Wesentlichen glatt ausgebildet. Eine solch großflächige Montageseite 111 passt insbesondere besser zu üblicherweise verwendeten Fertigungslandschaften als die einzelnen kleinen Oberseiten 11.
In der 4B ist eine Position gezeigt, bei der auf die Montageseite 111 eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 aufgebracht ist. Dabei ist auf jede der Oberseiten 11 eines jeden Trägers 1 eine Mehrzahl von Halbleiterchips 2 entlang einer Linie aufgereiht. Das Aufbringen der Halbleiterchips 2 auf eine großflächige Montageseite 111 ist einfacher als das Aufbringen von Halbleiterchips 2 auf einzelne kleine Oberseiten 11.
Vor dem Aufbringen der Halbleiterchips 2 können die Montageseite 111 beziehungsweise die Oberseiten 11 mit einer reflektierenden Schicht beschichtet werden.
In der 4C ist eine Position in dem Verfahren gezeigt, bei dem auf die Halbleiterchips 2 ein Konversionselement 3 aufgebracht ist. Das Konversionselement 3 kann beispielsweise aufgesprüht oder auflaminiert oder aufgedruckt werden.
Anschließend kann der Trägerverbund 110 mit den darauf aufgebrachten Halbleiterchips 2 und dem aufgebrachten Konversionselement 3 wieder vereinzelt werden, so dass einzelne Leuchtmodule 100 entstehen, die jeweils einen Träger 1, Halbleiterchips 2 auf der Oberseite 11 und ein Konversionselement 3 auf den Halbleiterchips 2 aufweisen. Der Schritt des Vereinzelns ist hier nicht dargestellt.
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 diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: Träger
2: Halbleiterchip
3: Konversionselement
4: reflektierende Schicht
5: elektrische Leitung
6: erstes Kontaktelement
7: zweites Kontaktelement
10: Hauptseite
11: Oberseite
12: Rückseite
13: Wölbung
21: Kontaktdraht
100: Leuchtmodul
110: Trägerverbund
111: Montageseite
200: Gehäuse
201: Halteelemente
202: Gewinde
1000: Leuchtmittel

Claims

Leuchtmodul (100), umfassend: - einen Träger (1) mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten (10) und einer die Hauptseiten (10) verbindenden Oberseite (11); - eine Mehrzahl von Halbleiterchips (2) auf der Oberseite (11) des Trägers (1); wobei - die Halbleiterchips (2) dazu eingerichtet sind, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren, - die Halbleiterchips (2) auf der Oberseite (11) entlang einer Linie aufgereiht sind, - der Träger (1) durchlässig für sichtbares Licht ist, - der Träger (1) selbsttragend ist und die Halbleiterchips (2) trägt, - die Flächen der Hauptseiten (10) jeweils größer sind als die Fläche der Oberseite (11).
Leuchtmodul (100) nach Anspruch 1, wobei die Flächen der Hauptseiten (10) jeweils zumindest 5-mal größer sind als die Fläche der Oberseite (11).
Leuchtmodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hauptseiten (10) eine oder mehrere Wölbungen (13) aufweisen.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterchips (2) thermisch an den Träger (1) gekoppelt sind.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (1) eine thermische Leitfähigkeit von zumindest 10 W/(m·K) aufweist.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterchips (2) mit einem Konversionselement (3) überdeckt sind, das im Betrieb die von den Halbleiterchips (2) emittierte Primärstrahlung teilweise oder vollständig konvertiert.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leuchtmodul (100) so eingerichtet ist, dass es im bestimmungsgemäßen Betrieb weißes Licht emittiert.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den Halbleiterchips (2) und dem Träger (1) eine reflektierende Schicht (4) angeordnet ist.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterchips (2) über eine Länge von zumindest 1 cm hintereinander aufgereiht sind.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterchips (2) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Leuchtmodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Träger (1) eine der Oberseite (11) gegenüberliegende Rückseite (12) aufweist, - Kontaktelemente (6, 7) zur elektrischen Kontaktierung des Leuchtmoduls (100) an oder im Bereich der Rückseite (12) ausgebildet sind, - elektrische Leitungen (5) von Halbleiterchips (2) bis zu den Kontaktelementen (6, 7) geführt sind.
Leuchtmittel (1000) umfassend: - ein Leuchtmodul (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche; - ein für sichtbares Licht durchlässiges Gehäuse (200); wobei - das Leuchtmodul (100) in einem Inneren des Gehäuses (200) angeordnet ist.
Leuchtmittel (1000) nach Anspruch 12, wobei - das Gehäuse (200) gasdicht verschlossen ist, sodass im bestimmungsgemäßen Betrieb kein Gasaustausch zwischen dem Inneren des Gehäuses (200) und der Umgebung stattfindet, - das Gehäuse (200) mit Helium gefüllt ist.
Leuchtmittel (1000) nach Anspruch 12 oder 13, weiter umfassend ein Halteelement (201), das ins Innere des Gehäuses (200) geführt ist, wobei das Leuchtmodul (100) an dem Halteelement (201) befestigt und über das Halteelement (20) elektrisch kontaktiert ist.
Leuchtmittel (1000) nach Anspruch 14 mit einem Leuchtmodul (100) nach zumindest Anspruch 11, wobei das Leuchtmodul (100) mit der Rückseite (12) voran an dem Halteelement (201) befestigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Leuchtmoduls (100), umfassend die Schritte: A) Bereitstellen einer Mehrzahl von gleich geformten Trägern (1), wobei - jeder Träger (1) zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten (10) und eine die Hauptseiten (10) verbindende Oberseite (11) umfasst, - die Hauptseiten (10) des Trägers (1) jeweils größer sind als die Oberseite (11); B) Stapelung der Träger (1) zu einem Trägerverbund (110) derart, dass die Hauptseiten (10) der Träger (1) aufeinander liegen und die Oberseiten (11) der Träger (1) zusammen eine Montageseite (111) bilden; C) Aufbringen von Halbleiterchips (2) auf die Montageseite, wobei - die Halbleiterchips (2) dazu eingerichtet sind, im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Primärstrahlung zu emittieren, - auf die Oberseite (11) jedes Trägers (1) eine Mehrzahl von Halbleiterchips (2) aufgebracht wird; D) Vereinzeln des Trägerverbunds (110) in eine Mehrzahl von Leuchtmodulen (100), die jeweils einen Träger (1) und mehrere Halbleiterchips (2) auf der Oberseite (11) des Trägers (1) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei nach dem Schritt C) die Halbleiterchips (2) mit einem Konversionselement (3) überdeckt werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei vor dem Schritt C) eine reflektierende Schicht (4) auf die Montageseite (111) aufgebracht wird.