DE202010011443U1

DE202010011443U1 - Beleuchtungsmodul mit guter Farbwiedergabeeigenschaft

Info

Publication number: DE202010011443U1
Application number: DE202010011443U
Authority: DE
Original assignee: HIGH POWERLIGHTNING CORP; High PowerLightning Corp Tu Cheng City
Current assignee: High Power Lighting Corp
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2020-08-17

Abstract

Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe umfassend:
ein Substrat,
eine Mehrzahl von ersten Leuchtdiodenchips, die auf dem Substrat angeordnet und leitend mit dem Substrat verbunden sind;
eine Mehrzahl von zweiten Leuchtdiodenchips, die auf dem Substrat angeordnet und leitend mit dem Substrat verbunden sind und
eine Wellenlängenwandlungsschicht, welche die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips abdichtet bzw. verpackt;
wobei die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips in einem Zahlenverhältnis von 2:1 angeordnet sind, das von den ersten Leuchtdiodenchips und den zweiten Leuchtdiodenchips abgestrahlte Licht mit Licht vermischt wird, das von der Wellenlängenwandlungsschicht abgestrahlt wird, nachdem die Wellenlängenwandlungsschicht durch die Leuchtdiodenchips angeregt wird, um ein warmes Weißlicht mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe auszubilden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Beleuchtungsmodul und betrifft insbesondere ein Beleuchtungsmodul, das als Lichtquelle Leuchtdioden (LED) verwendet, mit der Eigenschaft einer guten Farbwiedergabe-Kennzahl.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Leuchtdiode (LED) ist eine Art von Halbleitereinrichtung, welche die Eigenschaft eines Halbleitermaterials mit direkter Bandlücke ausnutzt, um elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad in Lichtenergie umzuwandeln, und hat den Vorteil einer langen Lebensdauer, einer hohen Stabilität und eines geringen Stromverbrauchs. Eine LED wird vorwiegend für Anwendungen bei Markierungslampen, Verkehrsschildern und im weiteren Sinne bei Schildern im frühen Stadium eingesetzt und die Anwendungen erstrecken sich nun auf das Gebiet der Beleuchtung, weil Weißlicht-LEDs erfolgreich entwickelt worden sind.
Die herkömmliche Weißlicht-LED besteht aus einem Blaulicht-LED-Chip und gelbem Phosphor, wobei die Blaulicht-Komponente einen überwiegenden Teil des Weißlichtspektrums einnimmt. Die Farbtemperatur ist hoch (etwa 6000 K). Die Rotlicht-Komponente bei diesem Weißlicht ist nicht ausreichend und die Farbwiedergabeeigenschaft der Weißlicht-LED ist schlecht. Außerdem neigt ein Epoxidharz während der Ausgabe des Epoxidharzes dazu, über die Seitenwand des Substrats hinaus zu fließen, sodass die Gleichmäßigkeit des gemischten Lichts beeinträchtigt wird.
Um das Problem einer schlechten Farbwiedergabeeigenschaft der Weißlicht-LED zu lösen, werden roter Phosphor oder grüner Phosphor in dem Verpackungsprozess der Weißlicht-LED hinzugefügt, um so die Farbtemperatur zu reduzieren und die Farbwiedergabeeigenschaft zu verbessern. Es ist jedoch schwierig, die Gleichmäßigkeit des Phosphors zu kontrollieren und somit ist die Eigenschaft der so ausgebildeten Weißlicht-LED noch nicht ideal.
Außerdem ist eine Rotlicht-LED innerhalb einer zweiten Linse gemeinsam mit der Weißlicht-LED angeordnet, um so ein Weißlicht-Beleuchtungsmodul mittels einer Sekundäroptik zu erzielen. Bei der tatsächlichen Anwendung emittiert das Weißlicht-Beleuchtungsmodul nicht nur warmes Licht sondern auch rotes Licht, welches das menschliche Auge ohne weiteres wahrnehmen kann.
Außerdem wird sich die zweite Linse aufgrund von externen Kräften sehr wahrscheinlich ablösen; folglich kann die zweite Linse den LED-Chip nicht schützen. Wenn das Weißlicht-Beleuchtungsmodul über einen langen Zeitraum verwendet wird, führt die von der LED erzeugte Wärme zu einer Wärmeausdehnung und dies wird dazu führen, dass die zweite Linse sich ablöst, was so die Beleuchtungsintensität des Beleuchtungsmoduls reduziert.
Zusammenfassung der Erfindung
Folglich ist die vorliegende Erfindung auf ein Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe gerichtet, insbesondere auf ein Beleuchtungsmodul, das warmes Weißlicht abstrahlen kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Deshalb stellt die vorliegende Erfindung ein Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe bereit. Das Beleuchtungsmodul umfasst ein Substrat, eine Mehrzahl von ersten Leuchtdiodenchips, eine Mehrzahl von zweiten Leuchtdiodenchips und eine Wellenlängenwandlungsschicht. Die ersten Leuchtdiodenchips sind auf dem Substrat angeordnet und leitend mit dem Substrat verbunden. Die zweiten Leuchtdiodenchips sind auf dem Substrat angeordnet und leitend mit dem Substrat und den ersten Leuchtdiodenchips verbunden. Die Wellenlängenwandlungsschicht dichtet die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips ab.
Insbesondere sind die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips in einem Zahlenverhältnis von 2:1 angeordnet, wobei das von den ersten Leuchtdiodenchips abgestrahlte Licht und das von den zweiten Leuchtdiodenchips abgestrahlte Licht mit Licht vermischt wird, das von der Wellenlängenwandlungsschicht abgestrahlt wird, nachdem die Wellenlängenwandlungsschicht durch die Leuchtdiodenchips angeregt wird, um warmes Weißlicht mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe zu erzeugen.
Das Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung vermischt das Licht der Leuchtdiodenchips mit verschiedenen Farben und die Wellenlängenwandlungsschicht sorgt für eine Lichtquelle mit einer niedrigen Farbtemperatur und der Eigenschaft einer guten Farbwiedergabe. Das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul bietet einen einfachen Herstellungsprozess und im Vergleich zu einem herkömmlichen Beleuchtungsmodul geringe Kosten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale der Erfindung, von denen davon ausgegangen wird, dass diese neu sind, werden insbesondere in den beigefügten Schutzansprüchen dargelegt. Die Erfindung ihrerseits kann jedoch am besten durch Bezugnahme auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung der Erfindung verstanden werden, welche ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen beschreibt, worin:
1 eine Draufsicht auf das Beleuchtungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe ist;
2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe ist;
3 eine vergrößerte Teilansicht der in der 2 gezeigten Grabenstruktur ist; und
4 eine weitere Draufsicht auf das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend ausführlich anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen in der gesamten Offenbarung bezeichnet sind.
Die 1 und die 2 zeigen eine Draufsicht und eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Beleuchtungsmoduls mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe. Das Beleuchtungsmodul umfasst ein Substrat 10, eine Mehrzahl von ersten Leuchtdiodenchips 20, eine Mehrzahl von zweiten Leuchtdiodenchips 30 und eine Wellenlängenwandlungsschicht 40.
Das Substrat 10 umfasst außerdem eine Grabenstruktur 12. Die Grabenstruktur 12 ist vorgesehen, um eine Insel 14 einzuschließen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Grabenstruktur 12 kreisförmig auf dem Substrat 10 ausgebildet. Die Grabenstruktur 12 wird durch einen Ätzprozess, einen galvanischen Abscheidungsprozess oder durch einen spanabhebenden Prozess bereitgestellt. Die Stärke des Substrats 10 liegt zwischen 0,1 mm und 0,5 mm und die Tiefe der Grabenstruktur 12 zwischen 0,03 mm und 0,1 mm. Die 3 ist eine vergrößerte Teilansicht der in der 2 gezeigten Grabenstruktur. Eine innere Seitenwand 122 der Grabenstruktur 12 und die Oberseite 102 des Substrats 10 schließen einen Neigungswinkel θ ein und der Neigungswinkel θ beträgt etwa 90 Grad.
Bezugnehmend auf die 1 und 2 erstreckt sich der elektrische Verbinder 16 durch das Substrat 10 hindurch und ist auf der Insel 14 vorgesehen. Der elektrische Verbinder 16 wird durch einen Isolationsschicht 18 abgedeckt bzw. verpackt, sodass der elektrische Verbinder 16 elektrisch mit bzw. gegen das Substrat 10 isoliert ist. Die ersten Leuchtdiodenchips 20 sind auf der Insel 14 angeordnet und leitend mit dem Substrat 10 (nicht gezeigt) verbunden. Insbesondere liegt die spektrale Emission von jedem ersten Leuchtdiodenchip 20 in dem Wellenlängenbereich von 455 nm bis 465 nm, was der Wellenlänge von blauem Licht entspricht.
Die zweiten Leuchtdiodenchips 30 sind auf der Insel 14 vorgesehen. Die zweiten Leuchtdiodenchips 20 sind leitend mit dem Substrat 10 und der ersten Leuchtdiode 20 (nicht gezeigt) verbunden. Die spektrale Emission von jedem zweiten Leuchtdiodenchip 30 liegt in dem Wellenlängenbereich von 620 nm bis 625 nm, was der Wellenlänge von rotem Licht entspricht.
Das Zahlenverhältnis der ersten Leuchtdiodenchips 20 relativ zu den zweiten Leuchtdiodenchips 30 beträgt 2:1. Somit kann das Beleuchtungsmodul eine bessere Farbwiedergabeeigenschaft bereitstellen, wobei die Farbwiedergabe-Kennzahl zumindest 90 beträgt.
Außerdem sind die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips 30 auf dem Substrat 10 axialsymmetrisch angeordnet. Die zweiten Leuchtdiodenchips 30 sind auf die Mitte der Insel 14 zentriert. Die ersten Leuchtdiodenchips 20 umgeben die zweiten Leuchtdiodenchips 30. Insbesondere ist die Anordnung zwischen jedem zweiten Leuchtdiodenchip 30 konzentrierter als bei der Anordnung zwischen jedem ersten Leuchtdiodenchip 20. Die Anordnung ermöglicht eine gute Vermischung des Lichts, das von den ersten Leuchtdiodenchips und den zweiten Leuchtdiodenchips 30 abgestrahlt wird, und verbessert die Gleichförmigkeit des Lichts, das das Beleuchtungsmodul abstrahlt.
Die Wellenlängenwandlungsschicht 40 umfasst fotolumineszierenden Phosphor, der blaues Licht, das von den ersten Leuchtdiodenchips 20 abgestrahlt wird, in Licht wandelt, das eine längere Wellenlänge aufweist. Die Wellenlängenwandlungsschicht 40 ist auf dem Substrat 10 punktförmig dargestellt, sodass die Wellenlängenwandlungsschicht 40 die ersten Leuchtdiodenchips 20 und die zweiten Leuchtdiodenchips 30 bedeckt. Die Wellenlängenwandlungsschicht 40 bildet eine sphärisch konvexe Emissionsoberfläche aus. Der Bereich bzw. die Fläche, die von der Wellenlängenwandlungsschicht 40 bedeckt wird, ist kleiner als diejenige der Grabenstruktur 12. Außerdem bedeckt die Wellenlängenwandlungsschicht 40 die Insel 14. Eine Oberflächenspannungskraft der Wellenlängenwandlungsschicht 40 kann verhindern, dass die Wellenlängenwandlungsschicht 40 aus der Insel 14 und aus der Grabenstruktur 12 herausfließt. Deshalb kann die Wellenlängenwandlungssicht 40 auf der Oberfläche der Insel 14 zurückgehalten werden und kann diese die Leuchtdiodenchips 20 und 30 bedecken. Das Problem eines ungleichmäßigen Lichts, das durch eine unvollständige Bedeckung der Leuchtdiodenchips 20 und 30 hervorgerufen wird, kann durch die Wellenlängenwandlungsschicht 40 beseitigt werden. Bei der Wellenlängenwandlungsschicht 40 kann es sich um eine transparente Oberfläche oder eine transluzierende bzw. durchscheinende Oberfläche handeln.
Weil die Wellenlängenwandlungsschicht 40 durch die Insel 14 beschränkt ist, kann die Wellenlängenwandlungsschicht 40 außerdem die erste Leuchtdiode 20 und die zweite Leuchtdiode 30 vollständig bedecken. Sämtliches von den Leuchtdiodenchips 20, 30 abgestrahlte Licht durchquert die Wellenlängenwandlungsschicht 40, sodass das Problem einer Ungleichmäßigkeit des von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichts reduziert ist. Der Diffusionswinkel der sphärisch konvexen Abstrahlungsoberfläche, die von dem Licht durchquert wird, liegt zwischen 160 und 170 Grad, was den Wirkungsgrad einer Lichtauskopplung stark erhöht.
Bei einer tatsächlichen Beleuchtungsanwendung wird Weißlicht durch Vermischen des blauen Lichts mit dem Licht erzeugt, das von der Wellenlängenwandlungsschicht 40 abgestrahlt wird, wenn diese von den ersten Leuchtdiodenchips 20 angeregt wird. Die zweiten Leuchtdiodenchips 30 können die Wellenlängenwandlungsschicht 40 nicht anregen, jedoch kann sich das von den zweiten Leuchtdiodenchips 30 abgestrahlte rote Licht mit dem Weißlicht vermischen, um ein Weißlicht mit einer niedrigeren Farbtemperatur zu erzeugen.
Die Oberfläche der Insel 14 kann durch Sandstrahlen behandelt werden, um eine ungleichmäßige bzw. raue Oberfläche auszubilden, um die Adhäsionskraft der Wellenlängenwandlungsschicht 40 zu erhöhen. Außerdem weist die Insel 14 Zeichen oder ein Symbol auf, die bzw. das durch Ätzen, einen galvanischen Abscheidungsprozess oder durch einen spanabhebenden Prozess hergestellt werden.
Es wird nun Bezug genommen auf die 4, bei der es sich um eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe handelt. Die Grabenstruktur 12 hat eine elliptische Form oder eine Doppelring-Form und wird durch Erodieren, Ätzen oder durch einen spanabhebenden Prozess ausgebildet um zu verhindern, dass die Wellenlängenwandlungsschicht 40 in einem Verpackungsprozess daraus ausläuft.
Zusammenfassend vermischt das erfindungsgemäße Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe das Licht der Leuchtdiodenchips mit unterschiedlicher Farbe und die Wellenlängenwandlungsschicht stellt eine Lichtquelle mit einer niedrigen Farbtemperatur und der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe bereit. Die Beleuchtungseinrichtung mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe gemäß der vorliegenden Erfindung bietet einen einfachen Herstellungsprozess und niedrige Kosten im Vergleich zu einem Beleuchtungsmodul mit Phosphor von verschiedenen Farben oder im Vergleich zu dem Beleuchtungsmodul, welches das Licht mittels einer zweiten optischen Linse modifiziert. Die Grabenstruktur, die auf dem Substrat angeordnet ist, kann das Problem eines Herauslaufens der Wellenlängenwandlungsschicht wirkungsvoll lösen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung anhand der vorgenannten bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung im Detail nicht darauf beschränkt ist. Zahlreiche äquivalente Abwandlungen und Modifikationen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet im Hinblick auf die technische Lehre der vorliegenden Erfindung ersichtlich sein. Somit sollen sämtliche Abwandlungen und äquivalente Modifikationen von dem Schutzbereich der Erfindung, wie dieser in den beigefügten Schutzansprüchen festgelegt ist, mit abgedeckt sein.

Claims

Beleuchtungsmodul mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe umfassend: ein Substrat, eine Mehrzahl von ersten Leuchtdiodenchips, die auf dem Substrat angeordnet und leitend mit dem Substrat verbunden sind; eine Mehrzahl von zweiten Leuchtdiodenchips, die auf dem Substrat angeordnet und leitend mit dem Substrat verbunden sind und eine Wellenlängenwandlungsschicht, welche die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips abdichtet bzw. verpackt; wobei die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips in einem Zahlenverhältnis von 2:1 angeordnet sind, das von den ersten Leuchtdiodenchips und den zweiten Leuchtdiodenchips abgestrahlte Licht mit Licht vermischt wird, das von der Wellenlängenwandlungsschicht abgestrahlt wird, nachdem die Wellenlängenwandlungsschicht durch die Leuchtdiodenchips angeregt wird, um ein warmes Weißlicht mit der Eigenschaft einer hohen Farbwiedergabe auszubilden.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Grabenstruktur, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei eine innere Seitenwand der Grabenstruktur in Bezug zu einer Oberseite des Substrats einen Neigungswinkel einschließt.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bereich bzw. die Fläche der Wellenlängenwandlungsschicht kleiner als diejenige der Grabstruktur.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips auf dem Substrat axialsymmetrisch angeordnet sind.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 4, wobei die ersten Leuchtdiodenchips um die zweiten Leuchtdiodenchips herum angeordnet sind.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlängenwandlungsschicht die ersten Leuchtdiodenchips und die zweiten Leuchtdiodenchips abdichtet bzw. verpackt und eine sphärisch-konvexe Emissionsoberfläche ausbildet.
Beleuchtungsmodul nach Anspruch 6, wobei der Zerstreuwinkel der sphärisch-konvexen Emissionsoberläche im Bereich zwischen 160 bis 170 Grad liegt.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Farbwiedergabe-Kennzahl des Beleuchtungsmoduls zumindest 90 beträgt.
Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wellenlängenwandlungsschicht einen fotolumineszierenden Phosphor umfasst.