DE112010001153T5

DE112010001153T5 - LED-Modul mit verbesserter Lichtausbeute

Info

Publication number: DE112010001153T5
Application number: DE112010001153T
Authority: DE
Inventors: Peter Pachler
Original assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH
Current assignee: Tridonic Jennersdorf GmbH
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2012-05-16
Also published as: WO2010102910A2; GB2480216A; EP2406832A2; KR20110139718A; DE112010001181A5; CN102349168A; WO2010102910A3; EP2228841A1; CN102349168B; DE202009018419U1; EP2406834A2; JP2012519976A; WO2010102911A2; US20120068204A1; CN102349169A; JP5746982B2; US9252342B2; GB2480047A; DE202009005453U1; EP2406834B1

Abstract

Ein LED-Modul weist eine gedruckte Leiterplatte oder einen SMD-Träger auf. Wenigstens ein LED-Chip ist auf der Platte oder dem Träger montiert. Ein Element ist auf der Oberseite des LED-Chips angeordnet, das heißt abgeschieden oder montiert. Die Fläche der Platte oder des Trägers, auf welcher der Kugelaufsatz abgeschieden ist, ist mit weißem reflektierenden Material bedeckt, das den LED-Chip, vorzugsweise an seinen Seitenwänden, kontaktiert. Alternativ dazu ist das Element mit dem reflektierenden Material partiell bedeckt.

Description

Die Lichtausbeute ummantelter LEDs in Chip-on-board bzw. COB-Technologie (Nacktchipmontage-Technologie) wird beeinflusst durch die optischen Eigenschaften der umgebenden Ummantelungs- bzw. Package-Materialien, insbesondere der Reflektivität und der Position des Leuchtstoffs und des LED-Chips. Es ist wichtig, dass die Ummantelungs- bzw. Packaging-Materialien zeigen:

a) eine hohe Reflektivität
b) eine hohe Photostabilität
c) eine hohe thermische Stabilität

Die typischen Lichtpfade emittierter Strahlung einer Leuchtstoff-konvertierten, weißes Licht emittierenden LED mit schichtförmigem Leuchtstoff auf der Oberseite des emittierenden Bereichs des LED-Chips sind in 1 gezeigt. Eine Konfiguration einer LED ist, den Emitter in der Mitte einer Hemisphäre zu platzieren, um dem Licht zu ermöglichen, aus der LED-Ummantelung bzw. dem LED-Package mit einem Minimum an Reflexionsverlusten herauszugehen. Ein kleiner Prozentsatz des Lichts wird zum Chip und zu dem umgebenden Bereich des PCB- oder SMD-Package zurückreflektiert, wo es entweder absorbiert oder reflektiert wird. Wenn der hemisphärische Kugelaufsatz in der Abmessung groß genug ist, werden, abhängig vom Brechungsindex des hemisphärischen Materials, etwa 3% bis 5% des Lichts reflektiert und können verloren gehen. Da der Leuchtstoff Licht in alle Richtungen emittiert, muss annähernd die Hälfte des Lichts vom LED-Chip selbst, wo gewisse zusätzliche Verluste auftreten, reflektiert werden. Obgleich eine hohe Reflektivität auch eine Eigenschaft ist, die vom LED-Chip selbst bereitgestellt werden sollte, ist seine Hauptfunktion, Licht effizient zu emittieren, was ein Vermindern seiner Reflektivität bedeuten kann.
Wenn hohe Lichtdichten nicht benötigt werden, kann der Leuchtstoff auch im hemisphärischen Kugelaufsatz verteilt sein. Dies bringt offensichtlich keinen Vorteil bei der Lichtausbeute und dem Pfad von Strahlen, aber die Farbstabilität und Farbreprozierbarkeit kann leichter kontrolliert bzw. gesteuert werden, und die Lichtdichten sind nicht so hoch, was bedeutet, dass weniger Antiblend- bzw. Entspiegelungsanstrengungen unternommen werden müssen.
Da ein viel größerer Teil des emittierten Lichts auf das PCB- oder SMD-Package fällt, hat die Reflektivität des PCB- oder SMD-Package großen Einfluss auf die endgültige Lichtausbeute. Da in gewissen Fällen Bereiche Golddrähte sein müssen, die zum Anschließen an den Chip gebondet sind, und Abstände zum Freihalten von Bereichen einer Lötstoppmaske entsprechend Gestaltungsregeln einzuhalten sind, kann die Gesamtreflektivität der PCB-Platte oder des SMD-Package beschränkt sein oder können nur Materialien mit niedriger Stabilität benutzt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lichtausbeute eines LED-Moduls mit einem auf der Oberseite des LED-Chips angeordneten Element wie beispielsweise einem sogenannten Kugelaufsatz zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche entwickeln die zentrale Idee der vorliegenden Erfindung weiter.
Gemäß der Erfindung kann ein LED-Modul, beispielsweise hergestellt in Chip-on-Board(COB)-Technologie oder auf einem SMD-Packageträger wenigstens einen auf der Platte oder dem Träger montierten LED-Chip aufweisen. Nach Drahtbonden des (der) LED-Chip(s) wird auf die Platte oder den Träger eine reflektierende, vorzugsweise weiße Beschichtung aufgebracht, die wenigstens den ganzen Bereich bedeckt, auf den das Element wie beispielsweise ein Kugelaufsatz oder eine hemisphärische Linse aufgebracht werden soll. Zusätzlich kann die weiße Beschichtung Teile wie beispielsweise Teile der Seitenwände des LED-Chips selbst bedecken. Im Fall, dass der LED-Chip keine seitliche Emission aufweist, wird die Beschichtung vorzugsweise mit 75% bis 90% der Chipdicke ausgeführt, andernfalls sollte, um die volle Wirkung der Reflektivitätsverbesserung mit einem LED-Chip mit Seitenemission zu bekommen, eine minimale Höhe ausgeführt werden. Um eine optimale Effektivität bei der Lichtreflexion zu bekommen, ist die reflektierende weiße Beschichtung vorzugsweise in Kontakt mit Teilen des Chips und überlappt sie sogar. Ein im Wesentlichen transparenter Kugelaufsatz kann auf der Oberseite des LED-Chips und dem den LED-Chip umgebenden Bereich der Platte oder des Trägers verteilt sein. Die Fläche der Platte oder des Trägers, auf welcher der Kugelaufsatz verteilt ist, ist mit weißem reflektierenden Material bedeckt. Obgleich mit einem transparenten Kugelaufsatz eine Zunahme bei der Lichtausbeute erzielt werden kann, weisen im Wesentlichen diffuse Kugelaufsätze, gefüllt mit Farbkonversionsmaterial wie beispielsweise aus BOSE oder YAG oder Nitriden hergestellten Leuchtstoffen, einen größeren Effekt bei der Lichtausbeute aufgrund der Tatsache auf, dass Licht vom Leuchtstoff in alle Richtungen emittiert wird.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, ein hochreflektierendes Material zu benutzen, das am Bodenteil des Farbkonversionselements in enger Verbindung abgesetzt ist. Die Gesamtmenge dieses hochreflektierenden Materials ist in einer Weise eingestellt, dass eine gewünschte Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur erreicht werden kann. Zusätzlich kann das reflektierende Material, beispielsweise reflektierende Partikel in einer Silikonmatrix, auch in einer größeren Gesamtmenge mit einer niedrigeren Volumenkonzentration reflektierenden Materials abgesetzt werden, um Ungenauigkeiten in der Dosierung zu bewältigen. Da dieses Material in enger Verbindung mit dem Substrat ist und keine Leuchtstoffpartikel enthält, kann Silikon ohne das Risiko einer Wärmeverschlechterung benutzt werden.
Generell sind Leuchtstoffe für LED-Anwendungen dem Fachmann auf dem Gebiet von Leuchtstoff-konvertierten LEDs bekannt.
Zusätzlich kann in dem Kugelaufsatz oder der (vorgeformten) hemisphärischen Linse streuendes Material präsent sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine als Kugelaufsatz aufgebrachte Beschichtung dem Fachmann auf dem Gebiet des LED-Packaging bekannt ist.
Das reflektierende Material kann eine Schicht sein, die eine Dicke zwischen 5 μm bis 250 μm, vorzugsweise 20 μm–200 μm, noch bevorzugter 100 μm–150 μm im Fall von Chips ohne seitliche Emission aufweist.
Das reflektierende Material kann eine Schicht sein, die eine obere Fläche aufweist, wobei die obere Fläche niedriger als die obere Fläche des LED-Chips ist, wenn das LED-Modul von der Seite mit dem LED-Chip auf der Oberseite der Platte oder des Trägers betrachtet wird.
Das reflektierende Material kann eine Schicht sein, die eine Dicke zwischen 75% und 90% der Dicke des LED-Chips aufweist, aufgrund der Tatsache, dass die Chiphöhe über der fälligen Zeit variiert.
Auch können eine oder mehrere seitliche, vorzugsweise vertikale Seitenwände des LED-Chips mit einem Material beschichtet sein, das angeordnet ist, um für das auf dem LED-Chip emittierte Licht reflektierend zu sein.
Ein Farbkonversionsmaterial kann im Kugelaufsatz und/oder der oberen Fläche des LED-Chips bereitgestellt sein.
Das reflektierende Material kann ausgebildet sein, um wenigstens für das vom LED-Chip und, wenn vorhanden, dem Farbkonversionsmaterial emittierte Spektrum reflektierend zu sein.
Das LED-Modul kann im Wesentlichen weißes Licht emittieren, das eine Mischung aus dem Spektrum des LED-Chips und dem Emissionsspektrum der Farbkonversion ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch Licht außerhalb des sichtbaren Spektrums vom LED-Modul emittiert werden. Die Wellenlängen-abhängigen Reflexionseigenschaften werden entsprechend eingestellt.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Verbesserung der Chromatizitätskoordinatentoleranz eines eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board) oder einen SMD-Träger aufweisenden LED-Moduls aufgrund einer Stabilisierung des Reflexionsvermögens auf einen besser kontrollierbaren Wert insbesondere für eine COB-Technologie vor.
Weitere Vorteile, Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden nun dem Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung anhand der Figuren der beigefügten Zeichnungen evident.
1 zeigt ein den Stand der Technik darstellendes Chip-Package mit einer Leuchtstoffschicht;
2 zeigt ein den Stand der Technik darstellendes Chip-Package mit verteiltem Leuchtstoff;
3 zeigt ein Chip-Package mit weißer Beschichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt ein LED-Chip-Package mit einem zusätzlichen Damm zum Definieren einer äußeren Form für die weiße Beschichtung;
5 zeigt eine auf das LED-Chip-Package mit einem LED-Chip mit seitlicher Emission aufgebrachte Beschichtung;
6 zeigt eine auf ein SMD-Package mit einem LED-Chip mit präsenter Seitenemission aufgebrachte weiße Beschichtung;
7 zeigt ein aus DE 20 2007 008 258 U1 bekanntes Retrofit-LED-Modul, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
8 zeigt eine weitere Entwicklung der Ausführungsform von 5 und 6;
9 zeigt ein LED-Chip-Package mit einer auf einen Teil eines Kugelaufsatzes aufgebrachten Beschichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt ein LED-Chip-Package mit einer auf einen Teil eines über einem LED-Chipm angeordneten vorgeformten Element aufgebrachten Beschichtung;
11 zeigt ein LED-Chip-Package mit einer auf einen Teil eines über einem LED-Chip angeordneten vorgeformten Element aufgebrachten zusätzlichen Beschichtung;
12 zeigt ein LED-Chip-Package mit einer auf Seiten eines LED-Chips und einem Teil einer über dem LED-Chip angeordneten vorgeformten Element aufgebrachten Beschichtung; und
13 zeigt ein LED-Chip-Package mit einer auf Seiten eines einen LED-Chip aufweisenden Gehäuses und einem über dem LED-Chip angeordneten vorgeformten Element aufgebrachten Beschichtung.
Zur Bewältigung einiger der in 2 gezeigten Probleme kann auf dem Bereich des Trägers oder der Platte, auf dem der LED-Chip montiert ist und der den LED-Chip umgibt, eine reflektierende Beschichtung aufgebracht werden. Die reflektierende Beschichtung kann alle Teile mit begrenzter Reflektivität und insbesondere vom Kugelaufsatz bedeckte Teile bedecken.
Unter dem gleichen Kugelaufsatz (ein Kugelaufsatz ist nur ein Beispiel für ein auf der Oberseite des LED-Chips angeordnetes, Leuchtstoff enthaltendes Element) kann mehr als ein LED-Chip positioniert sein. ”Kugelaufsatz” steht folglich einfach für ein auf der Oberseite eines oder mehrerer LED-Chips angeordnetes Element.
Eine oder mehrere dieser LEDs kann bzw. können Licht blauer Spektren emittieren, das durch den Leuchtstoff partiell herunterkonvertiert wird.
Zusätzlich können ein oder mehrere LEDs Spektren emittieren, die durch den Leuchtstoff im Wesentlichen nicht herunterkonvertiert werden. Dies ist beispielsweise der Fall, für wenigstens einen rotes Licht emittierenden LED-Chip, der von einem für die Herunterkonversion von blauem Licht bestimmten Leuchtstoff bedeckt ist.
Eine Ausführungsform weist einen oder mehrere LED-Chips unter einem optischen Element auf, wobei das optische Element einen oder mehrere Leuchtstoffe aufweist, um das Spektrum wenigstens eines der LED-Chips zu konvertieren, derart, dass das LED-Modul ein gemischtes Spektrum emittiert, das beispielsweise weißes Licht, insbesondere warmes weißes Licht sein kann.
Eine solche Anordnung kann für ein Retrofit-LED-Modul, das heißt ein LED-Modul, das mit einer Glühlampe oder einer Halogenlampe vergleichbare elektrische Verbindungen aufweist, benutzt werden. Ein solches Retrofit-Modul ist in DE 20 2007 008 258 U1 gezeigt, deren Offenbarung durch Bezugnahme aufgenommen ist. Bezug wird insbesondere auf 1 der DE 20 2007 008 258 U1 genommen, die als 7 der vorliegenden Spezifikation beigefügt ist. Die in 7 gezeigte Platte 4 und gezeigten LEDs 7 können die gemäß der vorliegenden Erfindung sein.
Der Kugelaufsatz kann ein abgeschiedener Kugelaufsatz oder ein vorgeformtes, im Wesentlichen hemisphärisches Linsenelement sein.
Auch die Seitenwände des LED-Chips können beschichtet sein, da sie üblicherweise auf Basis von Silizium gefertigt sind, ein halbleitendes Material mit bekannter niedriger Reflektivität. Mit dieser Designreflektivität können Beschränkungen reduziert werden, was zu einer optimierten Ausbeute führt.
Auch der Vorteil, eine Chromatizitätskoordinatentoleranz relativ zu einem in 1 gezeigten Package niedriger zu halten, kann erreicht werden.
Üblicherweise benutzte Lötmittelresistschichten auf der Oberseite von PCBs zeigen eine Reflektivität typischerweise unter 90%, manche bis nur zu 60% herunter. Auch ändert sich die Reflektivität für gewisse Typen mit thermischen Prozessen bei der Produktion. Die Goldanschlussflächenreflektivität ist aufgrund signifikanter Absorption von blauem Licht ebenso verschlechtert. Dies kann durch Benutzung von Anschlussflächen verhindert werden, die beispielsweise aus Silber gemacht sind, aber die Migrationsgeschwindigkeit von Gold ist viel kleiner als die von Silber, was zu einer niedrigeren Zuverlässigkeit führen kann. Um die Ausbeute zu maximieren, muss eine hohe Reflektivität erzielt werden, die durch die Reflektivitätsbeschichtung realisiert werden kann.
Die Schicht aus reflektierendem Material (weiße Beschichtung) kann durch Standard-Aufbringtechniken aufgebracht werden und kann eine Dicke von 5 μm bis 250 μm, vorzugsweise 20 μm–200 μm, noch bevorzugter 100 μm–150 μm aufweisen.
Der LED-Chip kann an seiner Auflagestruktur durch Benutzung eines Haftmittels oder Klebstoffs aufgebracht sein. Diese Materialien weisen die unerwünschte Tendenz auf, an den seitlichen Wänden des LED-Chips nach oben zu kriechen. Die weiße Beschichtung der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise eine Dicke auf, die hoch genug ist, um sicherzustellen, dass die weiße Beschichtung den LED-Chip oberhalb jedes beliebigen kriechenden Haftmittels oder Klebstoffs tatsächlich kontaktiert. In dieser Hinsicht wird die Dicke der weißen Beschichtung so gewählt, dass sie höher als die erwartete Kriechhöhe ist.
Vorzugsweise ist die von der Oberfläche der Platte oder des Trägers gemessene Dicke etwa 75%–90% der Dicke des LED-Chips. Folglich ist die obere Fläche der Schicht aus reflektierendem Material niedriger, aber im Wesentlichen parallel zur oberen Fläche (Lichtemittierungsfläche) des LED-Chips. Die erzielte Verbesserung der Lichtausbeute ist in der Ordnung von 15% durch den sichtbaren Bereich für weiße LEDs von beispielsweise normaler weißer Farbe hindurch.
Beispielsweise in einer Harzmatrix des reflektierenden Materials benutzte typische Pigmente sind elektrisch nicht leitende Materialien wie beispielsweise TiO2, BaSO3, BaTiO3. Es ist auch ein Verfahren zur Erzeugung einer solchen LED, die eine weiße Beschichtungsschicht enthält, offenbart.
Die Schicht aus reflektierendem Material kann, siehe 3, geneigte Seitenwände, das heißt nicht vertikale Seitenwände aufweisen.
Der Kugelaufsatz kann die Form einer Hemisphäre präsentieren.
Beispielsweise in der Silikonmatrix des Kugelaufsatzes und/oder auf der Oberseite des LED-Chips kann Farbkonversionsmaterial bereitgestellt sein (vergleiche 1).
4 zeigt ein LED-Chip-Package mit einem zusätzlichen Damm zum Definieren einer äußeren Form der weißen Beschichtung. Der Damm wird vorzugsweise gebildet, bevor die weiße Beschichtung aufgebracht wird. Der Damm kann vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise einem Silikon-basierten Material und folglich aus einem zu dem Material der weißen Beschichtung verschiedenen Material hergestellt sein.
5 zeigt eine Ausführungsform eines COB-Package, die einen LED-Chip mit Seitenemission (Seitenemission = Seitenwände des Chip emittieren Licht, wenn ein transparentes Substrat wie beispielsweise Saphir oder SiC benutzt wird) verwendet. In diesem Fall ist die Dicke der weißen Beschichtung vorzugsweise kleiner als 50% der Höhe des LED-Chips, noch bevorzugter kleiner als 25%, am bevorzugtesten kleiner als 10%.
Die Ausführungsform nach 5 kann, wie in 8 gezeigt, weiter entwickelt werden durch Platzieren des LED-Chips auf einer Auflage, deren Konturen – in einer Draufsicht – gleich oder kleiner als die Konturen des LED-Chips in wenigstens einer Dimension sind. Folglich kann die weiße Beschichtung optional fließen und folglich unter der Bodenfläche des LED-Chips präsent sein. Diese Auflage kann eine Höhe bereitstellen, die größer als die Dicke der weißen Beschichtung ist.
Alternativ dazu kann der den LED-Chip umgebende Bereich der Auflage ausgespart sein, beispielsweise durch Ätzen. Beide dieser Merkmale stellen sicher, dass die weiße Beschichtung, obgleich sie die Seitenwände des LED-Chips kontaktiert, im Wesentlichen nicht die seitlichen Licht-emittierenden Flächen des LED-Chips bedeckt.
6 zeigt ein Beispiel eines SMD-Package, das einen LED-Chip mit Seitenemission aufweist. Wiederum ist die Dicke der weißen Beschichtung vorzugsweise kleiner als 50% der Höhe des LED-Chips, noch bevorzugter kleiner als 25%, am bevorzugtesten kleiner als 10%.
Der LED-Chip nach 6 ist auf einen LED-Packageträger montiert, der wiederum auf beispielsweise eine PCB gelötet ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung, die in den 9 bis 13 gezeigt sind, kann die Schicht aus reflektierendem, vorzugsweise weißem Material auf die Oberfläche des auf der Oberseite des wenigsten einen LED-Chips angeordneten (optischen) Elements aufgebracht sein.
Das auf der Oberseite des LED-Chips angeordnete Element kann vorzugsweise ein hemisphärischer Kugelaufsatz 6 sein, wie in der ersten Ausführungsform oder in 9 gezeigt, wobei der Kugelaufsatz beispielsweise ein auf der Oberseite eines Substrats 5 über dem LED-Chip 4 und seinen Drahtbonds (nicht gezeigt) abgeschiedenes Harz ist. Alternativ dazu und gemäß den weiteren Ausführungsformen nach 10 bis 13 kann das auf der Oberseite des LED-Chips angeordnete Element ein vorgeformtes oder vorgefertigtes optisches Element 7 sein, das über dem LED-Chip und vorzugsweise über seinen Drahtverbindungen angeordnet ist. Das vorgeformte Element 7 ist vorzugsweise eine Linse und kann beispielsweise eine hemisphärische Form (nicht gezeigt) oder eine mehr rechteckige Form wie beispielsweise das Parallelepipedförmige Element von 12, angeordnet auf der Oberseite des LED-Chips 4, aufweisen.
Wie oben schon beschrieben, weist das auf der Oberseite des LED-Chips angeordnete Element vorzugsweise Farbkonversionsmaterial oder Wellenlängenkonversionsmaterial wie beispielsweise Leuchtstoffe zum Modifizieren und vorzugsweise Herunterkonvertieren des Spektrums des vom LED-Chip 4 emittierten Lichts auf. Ein LED-Modul, das einen im Wesentlichen blaues Licht emittierenden blauen LED-Chip aufweist, ist folglich fähig, auf Basis der Farbkonversion weißes Licht zu emittieren.
Aufbringen der Schicht aus reflektierendem Material auf die Oberfläche des auf der Oberseite des wenigstens einen LED-Chips angeordneten optischen Elements hat den Effekt, dass die Reflektivität des LED-Moduls verstärkt werden kann.
Ein weiterer Vorteil solcher Ausführungsformen ist, dass das Spektrum des vom LED-Modul emittierten resultierenden Lichts kontrolliert bzw. gesteuert werden kann.
Noch weiter kann die Reproduzierbarkeit der Farbtemperaturen zwischen individuellen (weißen) LED-Modulen oder Lampen verbessert werden.
9 zeigt eine weitere Entwicklung der Ausführungsformen der 3 bis 8. Zwischen dem Substrat 5 und dem Kugelaufsatz 6 ist eine Schicht aus reflektierendem Material 8 angeordnet. Eine zusätzliche Schicht aus reflektierendem Material 1 bedeckt den Kugelaufsatz 6 partiell. Ein korrespondierender Abschnitt des Kugelaufsatzes 6 ist folglich mit dem zusätzlichen reflektierenden Material 1 bedeckt, und ein korrespondierender Abschnitt 9 ist nicht vom zusätzlichen reflektierenden Material 1 bedeckt.
Vom LED-Chip 4 emittiertes Licht, das von dem zusätzlichen reflektierenden Material 1 im Abschnitt 3 des Kugelaufsatzes 6 reflektiert wird, wird weiter durch den Leuchtstoff herunterkonvertiert. Wegen der Reflexion wird das blau konvertierte Licht in das Farbkonversionselement zurückreflektiert, wo wenigstens ein gewisser Anteil des blauen Lichts in Licht konvertiert wird, das eine niedrigere Wellenlänge wie beispielsweise gelbes Licht aufweist. Demgemäss wird die gesamte Farbkonversionstemperatur erniedrigt.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform, die ein vorgeformtes Element 7 auf der Oberseite des LED-Chips 4 aufweist. Das LED-Modul besteht aus einem blauen LED-Nacktchip bzw. -Die 4, der auf einem Substrat mit einem über dem LED-Chip oder -Die 4 platzierten Farbkonversionselement 7 platziert ist. Auf dem Substrat 5 ist ein vorzugsweise hochreflektierendes Material 1 platziert, das auch das Farbkonversionselement 7 partiell bedeckt.
10 und 11 stellen dar, wie die Wellenlänge des vom LED-Modul emittierten Lichts gesteuert bzw. kontrolliert werden kann und wie die Reproduzierbarkeit der Farbtemperatur zwischen individuellen LED-Modulen oder -Lampen verbessert werden kann.
Einstellen der Menge und/oder Höhe der reflektierenden Schicht 1 erlaubt die Einstellung einer gewünschten Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur. Dies kann durch Nehmen eines Farbkonversionselements, das eine Wellenlängenmodifikation oder eine Farbtemperatur verursacht, die vorzugsweise ein bisschen höher als die gewünschte ist, und Hinzufügen des Farbkonversionselements 7 oberhalb der blauen LED 4 wie oben beschrieben erledigt werden.
Ein erster optionaler Schritt besteht in der Messung der erzeugten Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur des LED-Moduls. Dann kann ein vorzugsweise hochreflektierendes Material 1 wie beispielsweise reflektierende Partikel in einer Silikon- oder anderen transparenten Matrix um das Farbkonversionselement 7 herum abgeschieden werden, wie es der 10 entnommen werden kann.
Nach Messung der Lichtwellenlänge und/oder Gesamtfarbtemperatur wird entschieden, ob die Wellenlänge weiter herunterkonvertiert werden muss oder nicht. Solange die Wellenlänge und/oder Farbtemperatur nicht im gewünschten Bereich enthalten ist, kann zusätzliches reflektierendes Material 10 Schritt für Schritt um einen Teil des Farbkonversionselements, der nicht schon vom reflektierenden Material bedeckt ist, hinzugefügt werden, siehe 11.
Die Messung der gesamten Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur kann mehrere Male wiederholt werden, und zusätzliches reflektierendes Material kann Schritt für Schritt hinzugefügt werden, bis ein gewünschter Wert oder Bereich von Werten erreicht ist.
Das reflektierende Material kann aus hochreflektierenden Partikeln bestehen, eingebettet in eine Silikonmatrix, die bei Erwärmungseffekten zur Verschlechterung neigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Volumenbruchteil der reflektierenden Partikel sehr niedrig gewählt, um Fehler bei der Abscheidung einer kleinen Menge von Materialien zu überwinden.
Die reflektierenden Materialien 1, 10 werden um das Farbkonversionselement 7 herum durch Aufbringen bzw. Verteilen, Aufstrahlen bzw. Jetting oder Tintenstrahldrucken abgesetzt. Alternativ dazu wird das hochreflektierende Material nicht durch Aufbringen bzw. Verteilen oder Aufstrahlen bzw. Jetting abgesetzt, sondern besteht aus einem vorgefertigten hochreflektierenden Element, das beispielsweise an der oberen Fläche eines Reflektors integriert ist. Während bei Ausführungsformen, die aufgebrachte bzw. verteilte oder aufgestrahlte Partikeln aufweisen, die Wellenlänge des emittierten Lichts nur in einer Richtung modifiziert werden kann, das heißt nur entweder erhöht oder erniedrigt werden kann, ist ein Vorteil eines solchen vorgefertigten Elements, dass das reflektierende Material verschoben oder bewegt werden kann, um das Farbkonversionselement mehr oder weniger zu bedecken. Die gewünschte Wellenlänge oder Farbtemperatur kann folglich erhöht oder erniedrigt werden, derart, dass der Einstellungsschritt leichter ausgeführt werden kann.
Das beschriebene Einstellungsverfahren kann zum Verbessern der Reproduzierbarkeit individueller LEDs oder zum Kontrollieren bzw. Steuern der Farbtemperatur während einer Langzeitoperation benutzt werden. Tatsächlich neigen Leuchtstoffe, die beim Farbkonversionselement 7 benutzt werden können, dazu, sich während des Langzeitbetriebs geringfügig zu verschlechtern. Die emittierte Wellenlänge und/oder Farbtemperatur der LED-Lampe kann dann beispielsweise durch eine Detektoreinheit (nicht gezeigt) kontrolliert und danach auf einen gewünschten Wert oder einen gewünschten Bereich eingestellt werden. Die Langzeitstabilität einer gewünschten Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur kann auf diese Weise garantiert werden. Das Verfahren kann auch beispielsweise benutzt werden, wenn eine LED-Lampe in einem Array von LED-Lampen während der Lebensdauer des LED-Arrays ersetzt werden muss. Durch Anwenden des vorliegenden Verfahrens kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die im Array installierte ersetzende neue LED-Lampe wie gewünscht zur Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur der ersetzten LED-Lampe oder den umgebenden LED-Lampen passt. Dies wird durch den oben beschriebenen Einstellungsschritt ausgeführt.
Gemäß der Ausführungsform von 12 weist das LED-Modul einen auf einem Substrat 5 platzierten LED-Die 4 und ein Farbkonversionselement 7 auf der Oberseite des LED-Dies 4 auf. Ein gewisser Teil des emittierten Lichts wird durch das Farbkonversionselement 7, beispielsweise eine Schicht aus Farbkonversionsmaterial, die in der Richtung des vom LED-Die 4 emittierten Lichts platziert ist, konvertiert. Die tatsächliche Farbtemperatur der lichtemittierenden Einrichtung wird gemessen, und eine adäquate Menge reflektierenden Materials 1 wird am Bodenabschnitt des Farbkonversionselements 7 abgeschieden, um die gewünschte Lichtwellenlänge und/oder Farbtemperatur zu erhalten.
In dieser Ausführungsform ist das Substrat 5 sowie die Seiten des LED-Dies 4 und niedrigere Teile des Farbkonversionselements 7 mit reflektierendem Material 1 beschichtet. Insbesondere die untere Fläche 14 des Farbkonversionselements 7, die den LED-Die 4 nicht bedeckt, ist beschichtet. Zusätzlich oder alternativ dazu sind auch untere Seiten 15 des Farbkonversionselements 7 mit reflektierendem Material 1 beschichtet.
Bei einer in 13 gezeigten anderen Ausführungsform weist das LED-Modul ein in einem Gehäuse, das den Licht in einer ersten Wellenlängenregion emittierenden LED-Die 4 umgibt, abgeschiedenes Farbkonversionsmaterial 7 auf. Das Gehäuse 10 ist aus transparenten Material wie beispielsweise Silikon oder Glas gefertigt. Wiederum wird die Farbtemperatur der Licht-emittierenden Einrichtung gemessen. Außerhalb des Gehäuses 10 wird dann eine adäquate Menge eines reflektierenden Materials 1 abgesetzt, das einen Bodenabschnitt des Gehäuse 10 bedeckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007008258 U1 [0027, 0039, 0039]

Claims

LED-Modul mit einer Platte wie beispielsweise einer gedruckten Leiterplatte oder einem Träger wie beispielsweise einem SMD-Träger (5), und wenigstens einem direkt oder indirekt auf der Platte oder dem Träger (5) montierten LED-Chip (4), wobei ein optisches Element (6, 7) auf der Oberseite des LED-Chips (4) angeordnet, das heißt abgeschieden oder montiert ist, und wobei das LED-Modul außerdem eine vorzugsweise weiße reflektierende Schicht (1) aufweist, welche die Fläche der Platte oder des Trägers (5), auf der das Element (6, 7) angeordnet ist, bedeckt und/oder das Element (6, 7) partiell bedeckt.
LED-Modul nach Anspruch 1, wobei das reflektierende Material eine Schicht ist mit einer Dicke zwischen 5 μm und 250 μm, vorzugsweise 20 μm–200 μm, noch bevorzugter 100 μm–150 μm.
LED-Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das reflektierende Material eine Schicht ist, deren obere Fläche niedriger als die obere Fläche des LED-Chips ist, wenn das LED-Modul mit dem LED-Chip auf der Oberseite der Platte oder des Trägers von der Seite betrachtet wird.
LED-Modul nach Anspruch 3, wobei das reflektierende Material eine Schicht ist, deren Dicke zwischen 75% und 90% der Dicke des LED-Chips ist.
LED-Modul nach Anspruch 1, wobei auch seitliche Seitenwände des LED-Chips mit einem Material bedeckt sind, das angeordnet ist, um für auf den LED-Chip emittiertes Licht reflektierend zu sein.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Element (6, 7) und/oder auf der oberen Fläche des LED-Chips ein Farbkonversionsmaterial präsent ist.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Material wenigstens für das vom LED-Chip und, wenn im optischen Element (6, 7) vorhanden, dem Farbkonversionsmaterial emittierten Spektrum reflektierend ist.
LED-Modul nach Anspruch 6 oder 7, wobei das LED-Modul im Wesentlichen weißes Licht emittiert, das eine Mischung aus dem Spektrum des LED-Chips und dem Emissionsspektrum des Farbkonversionsmaterials ist.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das reflektierende Material ein elektrisch nicht-leitendes Material ist.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unter dem gleichen Element (6, 7) mehrere LED-Chips angeordnet sind.
LED-Modul nach Anspruch 10, wobei wenigstens ein LED-Chip ein Spektrum, beispielsweise blaues Licht, das durch einen Leuchtstoff partiell herunterkonvertiert ist, emittiert und wenigstens ein weiterer LED-Chip ein Spektrum, beispielsweise rotes Licht, das vom Leuchtstoff im Wesentlichen unbeeinflusst bleibt, emittiert.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Element vorgeformt (7) oder als ein Kugelaufsatz (6) abgeschieden ist.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das weiße reflektierende Material (1) auf ein den LED-Chip (4) und/oder das Element (6, 7) umgebendes Gehäuse (10) aufgebracht ist.
Retrofit-LED-Lampe, die wenigstens ein LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur Verbesserung der Chromatizitätskoordinatentoleranz eines LED-Moduls mit einer Platte oder einen SMD-Träger (5) und wenigstens einem direkt oder indirekt auf der Platte oder dem Träger (5) montierten LED-Chip (4), wobei ein im wesentlichen transparentes Element (6, 7) auf der Oberseite des LED-Chips (4) und vorzugsweise dem Bereich der Platte oder des Trägers, der den LED-Chip umgibt, angeordnet, das heißt abgeschieden oder montiert ist, gekennzeichnet durch den Schritt: Bedecken der Fläche der Platte oder des Trägers (5), auf der das Element (6, 7) angeordnet ist, und/oder wenigstens einer Seitenwand des LED-Chips (4) und/oder partiell Bedecken des Elements (6, 7) mit weißem reflektierenden Material.
Verfahren zur Einstellung des Spektrums wie beispielsweise der Wellenlänge oder der Farbtemperatur von Licht, das emittiert wird von einem LED-Modul, das eine gedruckte Leiterplatte oder einen SMD-Träger (5) und wenigstens einen direkt oder indirekt auf der Platte oder dem Träger (5) montierten LED-Chip (4) aufweist, wobei ein Element (6, 7) auf der Oberseite des LED-Chips (4) angeordnet, d. h. verteilt oder montiert ist, aufweisend: Bedecken der Fläche der Platte oder des Trägers (5), auf der das Element (6, 7) abgeschieden ist, und/oder Bedecken wenigstens einer Seitenwand des LED-Chips (4) und/oder partiell Bedecken des Elements (6, 7) mit weißem reflektierenden Material.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Wellenlänge bezüglich der Farbtemperatur des vom LED-Modul emittierten Lichts zuerst gemessen wird, und der Schritt zum Bedecken mit weißem reflektierenden Material nur ausgeführt wird, wenn die gemessene Wellenlänge bezüglich der Farbtemperatur nicht in einem gewünschten Bereich ist.