WO2013045188A1 - Led-lichtsystem mit verschiedenen leuchtstoffen - Google Patents

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WO2013045188A1
WO2013045188A1 PCT/EP2012/066691 EP2012066691W WO2013045188A1 WO 2013045188 A1 WO2013045188 A1 WO 2013045188A1 EP 2012066691 W EP2012066691 W EP 2012066691W WO 2013045188 A1 WO2013045188 A1 WO 2013045188A1
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WO
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dome
led light
led
light system
phosphors
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PCT/EP2012/066691
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English (en)
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Inventor
Jörg FRISCHEISEN
Frank Jermann
Stefan Lange
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Osram Gmbh
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Filing date
Publication date
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Priority to US14/347,248 priority Critical patent/US20140233213A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/232—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings specially adapted for generating an essentially omnidirectional light distribution, e.g. with a glass bulb
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to an LED light system according to the preamble of claim 1. It also continues to relate to an associated assembly, a module or luminaire, with such an LED light system.
  • WO 2009/068262 shows an LED light source with a dome, wherein separate areas for different luminous substances are provided.
  • the overall structure is very complicated.
  • An object of the present invention is to provide an improved concept for an LED lighting system. Another object is an LED lighting system, in particular an LED-based light source such. B. to provide a LED retrofi lamp that improves efficiency.
  • LED light sources in particular LED retrofit lamps, are today implemented as standard with an LED array, a specific number of white LEDs mounted on a printed circuit board.
  • a common embodiment is that the wavelength conversion necessary for generating white light on a blue-emitting LED chip on InGaN-based in the LED and thus close to the chip success.
  • the conversion element containing the phosphor (s) is applied directly to the chip.
  • the phosphor is spatially clearly separated from the blue LEDs.
  • the distance is depending on the embodiment typically at 0, 5 to 10 cm, in particular at 1, 5 to 5 cm.
  • the state of the art here is an embodiment with a dome-shaped conversion element, often referred to here as an inner dome, in a simple geometry, for example a spherical segment with constant shell thickness, within an outer, diffuse lamp envelope and also remarkssfor in which the phosphor directly on the outer, transparent piston is applied.
  • an embodiment of an LED light source with an improved conversion element is presented.
  • the following points are important:
  • the invention relates to LED light sources, especially lamps / lights that are based on the partial Konvers on of light from LEDs through a phosphor layer, ie have a conversion element.
  • the phosphor slide is designed as a "remote phosphor element" (eg as a kind of dome or plate over the LEDs), ie LEDs and phosphor are spatially separated.
  • the purpose of the Remote Phosphor element is to convert light (eg blue light) into longer-wave light (eg yellow or yellow + red light) so that overall a certain (eg white) color impression is created.
  • the Remote Phosphor element can be enveloped with a (diffused) outer shell (e.g., plastic with spreader such as Ti02 or A1203), which can provide a more homogeneous far-field light mix.
  • a (diffused) outer shell e.g., plastic with spreader such as Ti02 or A1203
  • the Remote Phosphor element can also consist of several segments.
  • the size of the Remote Phosphor element should be chosen in such a way that the element does not overheat (otherwise the conversion efficiency of the phosphor and stability problems of the Remote Phosphor element may be impaired), generally lead to a higher radiation exposure, more scattering / absorption in the element , as well as a smaller area / volume of the element for a higher heating.
  • the invention provides as a solution to the problem, a spatial separation de different phosphors in the remote phosphor element.
  • the curved surface of the dome improves the homogeneity of the radiation in different spatial directions.
  • the inner dome light source e.g., an LED
  • an outer dome of diffusing material which disperses the directional light of the source nearly isotropically in all directions.
  • Suitable diffusers are alumina (Al 2 O 3), titanium dioxide (TiO 2) or optionally silicon dioxide (SiO 2).
  • the LED light source including domes is set in particular on a base or on some other electrical and thermal connection element, often referred to here as the base element, or connectable thereto.
  • the domes of silicone, polycarbonate, glass, Plexiglas or translucent ceramic.
  • the phosphor used is preferably a yellow-emitting phosphor such as YAG: Ce, other garnets such as YaGaG or Li-AG, sialons or orthosilicates, which mix together with a blue-emitting LED to white.
  • YAG: Ce yellow-emitting phosphor
  • other garnets such as YaGaG or Li-AG
  • sialons or orthosilicates which mix together with a blue-emitting LED to white.
  • RGB solutions with red and green emitting phosphors and blue LEDs are also possible.
  • embodiments with a UV LED in particular with blue-yellow onversion or with red, green and blue-emitting phosphors, are also possible.
  • the important thing here is that it is at least two different phosphors. It is essential that the dome, which carries the phosphor, is subdivided into polar stripes, as can be found in balloons for advertising purposes.
  • At least two different types of strips are used, which are equipped with different phosphors.
  • the width and thus the area of the polar stripes can vary, but it can also be similar. So it can, for example, four similar strips fill the dome, with two alternately phosphors are used, which emit green or red.
  • each strip may be different in terms of width and phosphor material.
  • these strips are mounted on the inner dome outside, but also attaching af the outer dome is possible.
  • different stripes such as metallic heat sink can be accommodated between each patrol.
  • the LED array is preferably arranged such that the LEDs are arranged in a circle about a central point forming the optical axis. Possibly . can also be arranged in the central point itself an LED.
  • the primary light source is a semiconductor chip, realized if necessary. also as LED or laser diode or chip-on-board, which preferably emits UV or blue or white.
  • Radiation source in particular at least one blue or UV emitting semiconductor element, wherein the primary light source in the emission direction upstream of a first dome of transparent or translucent material acting as a conversion element, characterized in that at least one part of the surface of the first dome in at least two different types Areas is divided, the lighting Substances, wherein the at least two areas have different types of phosphors for conversion.
  • LED Lichtsystera according to claim 1, characterized marked, characterized in that the first dome or a further dome is equipped with a diffusor-al, which is mixed in particular the material of the dome.
  • LED light system characterized in that the diffuser material is alumina, titania or silica, alone or in mixture.
  • LED light system according to claim l, characterized in that the material of the first dome is plastic, glass, silicone, Plexiglas or polycarbonate.
  • LED light system characterized in that the radiation of the primary light source is converted by the upstream conversion element, partially or completely into longer-wave radiation.
  • LED light system characterized in that the dome is a portion of a wafer body having an equator and a pole, the pole pointing in the direction of the optical axis.
  • LED lighting system according to claim 6 characterized in that the areas are strip-like sectors, which are preferably aligned either polar or parallel to the equator.
  • LED light system according to claim 7 characterized in that the polar-oriented sectors have peaks which meet in the pole.
  • LED light system according to claim 1, characterized in that the areas are arranged on a first inner dome, wherein the first dome is either surrounded by a second dome or surrounding.
  • LED light system according to claim 9, characterized in that the second dome is equipped with diffuser material.
  • LED light system characterized in that the phosphors of a first region emit yellow to green and emit the phosphors of a second region in red.
  • LED light system according to claim 1, characterized in that groups of similar areas are present.
  • FIG. 1 shows an LED light source, first principle
  • FIG. 2 shows an LED light source, second principle
  • FIG. 3 shows an LED light source, third principle
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of an LED lamp
  • Figure 5 shows another embodiment of an LED lamp
  • FIGS. 1 to 3 A basic embodiment of an LED light source is shown in FIGS. 1 to 3. It is a structural unit 1 with a semiconductor element 2, a chip or LED, on a substrate 3, the semiconductor element 2, a hollow body 4 is placed, which spans like a dome over the LED array.
  • the hollow body 4 is for example a wafer body or he is for example an ellipsoid or a spherical cutout. It is therefore a spatial separation of the semiconductor element, which may also be realized by a plurality of LEDs, and the different phosphors provided in the remote phosphor element of the dome.
  • each with only one phosphor e.g., red or yellow
  • excitation with (e.g., blue) LEDs e.g., blue
  • Each segment may also contain several phosphors as a mixture (e.g., yellow + green rather than yellow).
  • the dome is made up of several segments, wherein not all segments in the dome consist of the same phosphor composition.
  • the Remote Phosphor element should be a part or fully primary light (eg blue light) of the half lead lights into longer-wave light (eg yellow or yellow + red light), so that overall a certain (eg white) color impression is created.
  • the remote phosphor element may preferably additionally be enveloped with a (diffuse) outer shell (e.g., plastic with scattering agents such as TiO 2 or Al 2 O 3), which may provide a more homogeneous far-field light mixing (Figure 4).
  • the Remote Phosphor element can also consist of several segments (Fig. 5).
  • the size of the Remote Phosphor element should be chosen so that the element does not overheat (otherwise the conversion efficiency of the phosphor and the stability problems of the Remote Phosphor element are possible). In general, factors such as greater exposure to radiation, more scattering / absorption in the element, and a smaller area / volume of the element result in higher heating.
  • the LED is here preferably blue-emitting, wherein a portion of the radiation is converted by phosphors at a certain distance from the LED, so that white is formed.
  • a UV LED is used, and to at least two phosphors that emit blue and yellow, or blue, green and red (RGB).
  • phosphors are a yellow-green emitting Lu-containing garnet and a red-emitting nitridosilicate, which are separated from each other in strip-like sectors of the wall of the wafer body are dispersed.
  • FIG. 4 shows a simple variant with a LEB lamp
  • the Remote Phosphor element is a dome 17 that simultaneously contains the sectors of different phosphors and diffusers like Ti02 or A1203. Here only one dome is required.
  • the remote phosphor element may preferably contain only the phosphors, wherein the LED lamp additionally with a (diffuse) outer shell 48 are wrapped (eg plastic with scattering agents such as Ti02 or A1203), which can cause a more homogeneous light mixing in the far field.
  • the remote phosphor element here is the inner dome 40, which again may consist of several segments (FIG. 5).
  • a Bennettsbe ispie1 an LED light source 41 is shown, in which an LED module with blue LEDs on a pedestal 5 and a base plate 6 is arranged and equipped mi with an outer diffuser dome 48, wherein an inner dome 40 with Phosphor is provided for a partial conversion. This allows a particularly uniform light emission even for a remote phosphor concept.
  • constellations can be used as the chip, or optionally as LED or LED array, for the LED light source or LED light system in particular:
  • Blue emitting chips as the primary light source, wherein partial conversion occurs by means of phosphor layers at the first dome using at least one green and one red emitting phosphor, the phosphors being located at the dome; this creates a white emitting light source,
  • UV LEDs as the primary light source, wherein at least a partial, preferably complete conversion takes place by means of phosphor layers at the dome, in which at least one yellow and one blue emitting or at least one green and one red and one blue emitting phosphor is used, at least two of the Phosphors are localized at the dome; this creates a white emitting light source,
  • LED arrays as a primary light source, using different types of chips that use at least partially different phosphors in the dome area for conversion,
  • LED axrays as a primary light source using a first group of chips and a second group of chips, at least one group using a plurality of phosphors in the dome area for conversion; For example, a blue-emitting chip whose light is partly from phosphors located at the dome, in green or yellow light is converted, together with a red-emitting, in particular amber color emitting chip whose light is not converted by the dome. This allows a high color rendering.
  • Colored LED lighting systems of all kinds for example, using full conversion
  • Mood lighting in which different types of white are produced by suitable matching of different chips and phosphors for example warm white over neutral white to daylight-like white.
  • different chips of different phosphors can be partially or completely converted.
  • the absorption behavior of the different phosphors is specifically aligned with the emission of the different chips,
  • the phosphors used in each case can be partially or completely localized at the dome, ie applied there as a layer or incorporated in the wall of the dome.
  • An LED lamp with light color warm e in which LEDs emitting blue, in particular with peak emission in the range 430 to 460 nm, are used as LED array.
  • An LED lamp in which neutral white or cold white is realized by an array of UV LEDs, wherein on the dome in addition to Diffusorraaterial different layers of phosphor is applied, in which a blue and a yellow emitting phosphor such as BA and YAG: Ce in two groups of sectors are present.
  • FIG. 6 shows, as a light system, a white-emitting LED lamp 20 with a base part 21 containing electronics, a base 22 attached to it at the bottom, an inner dome 23 and an outer dome 24. On the base part, blue-emitting LEDs are inserted in the center (not visible).
  • the inner dome 23 is provided with first sectors 30 ' and second sectors 31 which are striped. The stripes run to a point, with the tips touching each other in a pole.
  • the first sectors 30 are coated with a phosphor or mixture which converts a portion of the primary radiation of the blue LEDs into yellow to green radiation.
  • the second sectors 31 are coated with a phosphor or even a mixture that converts a portion of the primary radiation of the blue LEDs into orange to red radiation.
  • a calsin or nitridosilicate is suitable for this purpose.
  • the collar part 25 is realized as a circular ring.
  • the mixture to white is carried out by a diffuser layer or litter layer on an outer dome 24, which encloses both the inner dome 23 and the circular ring 25. Overall, this results in a compact white-emitting LED lamp 20,
  • Figure 7 shows a similar LED lamp 20, but the two different sectors 41 and 42, which are designed strip-like and different phosphors are applied to iron, inside of the outer dome 24.
  • the dome 24 is preferably the only dome in another embodiment.
  • Figure 8 shows an embodiment in which on the inner dome 50 of an LED lamp 20 different width sectors 51 and 52 and 53 are applied.
  • the outer dome 54 has only diffusers.
  • the group of the first sectors 51 of the three different sectors may comprise a first phosphor emitting green, for example. By this is meant that the phosphor is applied as a layer or is dispersed in the material of the dome 54.
  • the group of the second sectors 52 may include a second phosphor emitting red.
  • the group of the third sectors 53 may either have a third phosphor which emits, for example, blue or yellow. Alternatively, this sector can also be used as a heat sink and then has a metallic material.
  • Figure 9 shows a similar embodiment, in which again three different groups of sectors 51 and 52 and 53 are used. However, these are applied to the outer or single dome 55.
  • the sectors have a different geometry.
  • strips running parallel to the equator are also possible as sectors.
  • the sectors are distributed to the associated dome nationwide.
  • a group of sectors is free of phosphors, so that light of the primary light source passes unhindered in this area, the dome.
  • the various groups of sectors may periodically alternate and be of the same number, for example two to four sectors of a group. But you can also alternate depending on the application irregularly and be present in different numbers.

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Abstract

Ein LED-Lichtsystem (20) mit verschiedenen Leuchtstoffen ist mit einer primären Lichtquelle ausgestattet, insbesondere einer blau emittierenden LED, deren Strahlung durch ein beabstandet angebrachtes Konversionselement (30, 31), das auf einer Kuppel (23) der primären Lichtquelle vorgeschaltet ist, konvertiert wird. Eine zweite Kuppel (24) ist mit einem Diffusormaterial versehen, das die Homogenität der Abstrahlung weiter verbessert.

Description

LED-Lichtsystem mit verschiedenen Leuchtstoffen
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem LED-LichtSystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betriff weiterhin auch eine zugehörige Baueinheit, ein Modul oder Leuchte , mit einem derartigen LED-Lichtsystem.
Stand der Technik Aus der US 7 758 223 ist eine LED-Lichtquelle vorbekannt, bei der e ne Kuppel, die Leuchtstof beinhaltet, über einem LED-Array aufgespannt ist .
Die WO 2009/068262 zeigt ein LED-Lichtquelle mit einer Kuppel, wobei getrennte Flächen für verschiedene Leucht- Stoffe bereitgestellt werden . Allerdings ist der Gesamt- aufbau sehr kompliziert .
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept für ein LED-Lichtsystem bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, ein LED-Lichtsystem, insbesondere eine LED-basierte Lichtquelle wie z . B . eine LED-Retrofi -Lampe bereitzustellen, bei der die Effizienz verbessert ist .
Diese Aufgaben werden gelöst durch die kennzeichnenden Merkm le des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen . LED-Lichtquellen, insbesondere LED-Retrofit -Lampen, werden heute standardmäßig mit einem LED-Array , einer bestimmten Anzahl weißer LED, montiert auf einer Leiterplatte, realisiert . Eine übliche Ausführungsform ist, dass die zur Erzeugung weißen Lichts notwendige Wellenlängenkonvers on eines blau emittierenden LED- Chips auf InGaN-Basis in der LED und damit chipnah erfolg . Typischerweise ist das den oder die Leuchtstoffe enthaltende Konversionselement direkt auf dem Chip aufgebracht .
Bei einer anderen Ausführungsform einer LED-Lichtquelle, dem sog. "Remote Phosphor" -Konzept , ist der Leuchtstoff dagegen räumlich deutlich von den blauen LEDs getrennt . Der Abstand liegt je nach Ausführungsform typisch bei 0 , 5 bis 10 cm, insbesondere bei 1, 5 bis 5 cm. Stand der Technik ist hier eine Ausführungsform mit einem kuppeiförmigen Konversionselement, hier oft als innere Kuppel bezeichnet, in einfacher Geometrie, beispielsweise ein Kugelsegment mit konstanter Schalendicke , innerhalb eines äußeren, diffusen Lampenkolbens sowie auch Ausführungs- for en, bei denen der Leuchtstoff direkt auf dem äußere , transparenten Kolben aufgebracht ist .
Erfindungsgemäß wird eine Ausgestaltung einer LED- Lichtquelle mit einem verbesserten Konversionselement vorgestellt . Dabei s nd folgende Punkte wichtig:
Die Erfindung bezieht sich auf LED- Lichtquellen , vor allem auf Lampen/Leuchten, die auf der teilweisen Konvers on von Licht von LEDs durch eine LeuchtstoffSchicht basieren, also ein Konversionselement aufweisen . Dabei ist die Leuchtstoffschiebt als „Remote Phosphor Element" gestaltet (z.B. als eine Art Kuppel oder Platte über den LEDs) , d.h. LEDs und Leuchtstoff sind räumlich voneinander getrennt. Dabei soll das Remote Phosphor Element Licht (z.B. blaues Licht) in langwelligeres Licht (z.B. gelbes oder gelbes+rotes Licht) konvertieren, so dass insgesamt ein bestimmter (z.B. weißer) Farbeindruck entsteht .
Das Remote Phosphor Element kann zusätzlich mit einer (diffusen) Außenhülle (z.B. aus Plastik mit Streuer wie Ti02 oder A1203 ) eingehüllt Vierden, was eine homogenere Lichtmischung im Fernfeld bewirken kann. Das Remote Phosphor Element kann außerdem aus mehreren Segmenten bestehen.
Die Größe des Remote Phosphor Elements sollte dabei so gewählt werden, dass sich das Element nicht zu stark er- wärmt (sonst sind schlechtere Konversionseffizienz des Leuchtstoffs und Stabilitätsprobleme des Remote Phosphor Elements möglich) , Allgemein führen eine größere Strahlenbelastung, mehr Streuung/Absorption im Element, sowie eine kleinere Fläche/Volumen des Elements zu einer höhe- ren Erwärmung.
Prinzipiell sind mehrere Ausführungsformen möglich:
6691
Figure imgf000005_0001
In der Regel wird bei allen drei Varianten nur eine Art Remote Phosphor Element verwendet, unter dem die LEDs an- gebracht sind. Dies hat für die verschiedenen Varianten folgende Nachteile: T EP2012/066691
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Figure imgf000006_0001
Die Erfindung sieht als Lösung des Problems eine räumliche Trennung de verschiedenen Leuchtstoffe im Remote Phosphor Element vor. Die gekrümmte Oberfläche der Kuppel verbessert die Homogenität der Abstrahlung in verschiedene Raumrichtunge .
Bei der hier vorgestellten Erfindung ist der Lichtquelle (z.B. einer LED) mit innerer Kuppel eine äußere Kuppel mit streuendem Material vorgeschaltet , welches das gerichtete Licht der Quelle nahezu isotrop in alle Richtungen streut .
Als Streumaterial kommen z . B . mit Diffusoren vermischte Kunststoffe in Frage . Hier sind z. B . Silikon, Plexiglas (PMMA) oder Polycarbonat (PC) als Trägermaterial verwend- bar, je nach Anforderung an die Temperaturbeständigkeit. Als Diffusoren bieten sich Aluminiumoxid (A1203) , Titandioxid (Ti02) oder gegebenenfalls Siliziumdioxid (Si02) an.
Die LED-Lichtquelle samt Kuppeln ist insbesondere auf einen Sockel oder auf ein sonstiges elektrisches und thermisches Anschlusselement gesetzt, hier oft als Basiselement bezeichnet, oder damit verbindbar.
Bevorzugt sind die Kuppeln aus Silikon, Polycarbonat , Glas, Plexiglas oder transluzenter Keramik.
Allein oder zusätzlich zu Leuchtstoffen für eine Konversion ist ein Diffusormaterial in der Kuppel eingebaut, es handelt sich bevorzugt um Aluminiumoxid oder Titanoxid.
Bevorzugt wird als Leuchtstoff ein gelb emittierender Leuchtstoff wie YAG : Ce , andere Granate wie YaGaG oder Lu- AG, Sialone oder Orthosilikate verwendet , die zusammen mit einer blau emittierenden LED sich zu weiß mische . Es sind aber auch RGB-Lösungen mit rot und grün emittierenden Leuchtstoffen und blauer LED möglich. Überdies sind auch Ausführungsformen mit einer UV-LED, insbesondere mit blau- gelb- onversion oder mit rot, grün und blau emittierenden Leuchtstoffen, möglich. Wesentlich ist hier nur, dass es sich um mindestens zwei verschiedene Leuchtstoffe handelt . Wesentlich ist, dass die Kuppel , die den Leuchtstoff trägt, in polar ausgerichtete Streifen untergliedert ist, wie man sie bei Ballonen zu Werbezwecken finden kann . Es werden dabei mindestens zwei verschiedenartige Streifen verwendet , die mit unterschiedlichen Leuchtstof - fen bestückt sind. Die Breite und damit Fläche der polaren Streifen kann variieren, sie kann aber auch gleichartig sein. Es können also beispielsweise vier gleichartige Streifen die Kuppel ausfüllen, wobei alternierend zwei Leuchtstoffe verwendet werden, die grün bzw. rot emittieren . Es kann aber auch im Extremfall jeder Streifen in Bezug auf Breite und Leuchtstoff-Material verschieden sein. Bevorzugt sind diese Streifen auf der inneren Kuppel außen angebracht , aber auch ein Anbringen a f der äußeren Kuppel ist möglich . Außerdem können zwischen einzelnen Streife auch andersartige Streifen wie metallische Kühlkörper untergebracht sein .
Das LED-Array ist bevorzugt so arrangiert, dass die LEDs kreisförmig um einen zentralen Punkt, der die optische Achse bildet, angeordnet sind. Ggf . kann auch im zentralen Punkt selbst eine LED angeordnet sein.
Die primäre Lichtquelle ist ein Halbleiter-Chip, realisiert ggf . auch als LED oder Laserdiode oder Chip-on- board, der bevorzugt UV oder blau oder weiß emittiert .
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:
1. LED-LichtSystem mit einer primären LED-
Strahlungsquelle, insbesondere mindestens einem blau oder UV emittierenden Halbleiterelement , wobei der primären Lichtquelle in Emissionsrichtung eine erste Kuppel aus transparentem oder transluzentern Material vorgelagert ist , das als Konversionselement wirkt , dadurch gekennzeichnet , dass zumindest ein der Teil der Oberfläche der ersten Kuppel in mindestens zwei verschiedenartige Bereiche aufgeteilt ist, die Leucht- Stoffe aufweisen, wobei die mindestens zwei Bereiche verschiedenartige Leuchtstoffe zur Konversion aufweisen.
LED-Lichtsystera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kuppel oder eine weitere Kuppel mit einem Diffusortnateri- al ausgestattet ist, das insbesondere dem Material der Kuppel beigemischt ist.
LED-LichtSystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusormaterial Aluminiumoxid, Titandioxid oder Siliziumdioxid, allein oder in Mischung, ist.
LED-Lichtsystem nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der ersten Kuppel Kunststoff, Glas, Silikon, Plexiglas oder Polycarbonat ist.
LED-Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der primären Lichtquelle durch das vorgeschaltete Konversionselement, teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird.
LED-LichtSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppel ein Abschnitt eines Oblatenkörpers ist, der einen Äquator und einen Pol aufweist, wobei der Pol in Richtung der optischen Achse weist . LED-Lichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche streif nartige Sektoren sind, die bevorzugt entweder polar oder parallel zum Äquator ausgerichtet sind.
8, LED-LichtSystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die polar ausgerichteten Sektoren Spitzen aufweisen, die im Pol aufeinandertreffen.
9, LED-Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche auf einer ersten inneren Kuppel angeordnet sind, wobei die erste Kuppel entweder von einer zweiten Kuppel umgeben ist oder diese umgibt.
10, LED- Lichtsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kuppel mit Diffusormaterial ausgestattet ist.
11, LED-Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffe eines ersten Bereichs gelb bis grün emittieren und die Leuchtstoffe eines zweiten Bereichs rot emittieren.
12 , LED-Lich System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen von gleichartigen Bereichen vorhanden sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen;
Figur 1 eine LED-Lichtquelle, erstes Prinzip ;
Figur 2 eine LED-Lichtquelle , zweites Prinzip; Figur 3 eine LED-Lichtquelle, drittes Prinzip;
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer LED-Lampe ;
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer LED- Lampe ;
Figur 6 bis 9 je ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
LED-Lampe.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Ein prinzipielles Ausführungsbeispiel einer LED- Lichtquelle ist in Figur 1 bis 3 gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Baueinheit 1 mit einem Halbleiterelement 2, einer Chip oder LED, auf einem Substrat 3, dem Halbleiterelement 2 ist ein Hohlkörper 4 aufgesetzt , der sich kuppelartig über das LED-Array spannt . Der Hohlkörper 4 ist beispielsweise ein Oblatenkörper oder er ist beispielsweise ein Ellipsoid oder ein Kugelausschnitt . Es ist also eine räumliche Trennung des Halbleiterelements , das auch durch mehrere LEDs realisiert sein kann, und der verschiedenen Leuchtstoffe im Remote Phosphor Element der Kuppel vorgesehen.
Bekannt sind getrennte Remote Phosphor Elemente mit je- weils nur einem Leuchtstoff (z.B. rot oder gelb) und Anregung mit (z.B. blauen) LEDs . Die Segmente können jeweils auch mehrere Leuchtstoffe als Mischung enthalten (z.B. gelb+grün statt gelb) . Allerdings ist kennzeichnend für die nun vorgeschlagene Lösung, dass die Kuppel aus mehreren Segmenten aufgebaut ist, wobei in der Kuppel nicht alle Segmente aus der gleichen Leuchtstoff - Zusammensetzung bestehen .
Dabei soll das Remote Phosphor Element einen Teil oder vollständig primäres Licht (z.B. blaues Licht) des Halb- leiterele ents in langwelligeres Licht (z.B. gelbes oder gelbes+rotes Licht) konvertieren, so dass insgesamt ein bestimmter (z.B. weißer) Farbeindruck entsteht.
Das Remote Phosphor Element kann bevorzugt zusätzlich mit einer (diffusen) Außenhülle (z.B. aus Plastik mit Streumitteln wie Ti02 oder A1203 ) eingehüllt werden, was eine homogenere Lichtmischung im Fernfeld bewirken kann (Fig. 4) . Das Remote Phosphor Element kann außerdem aus mehre - ren Segmenten bestehen (Fig. 5) . Die Größe des Remote Phosphor Elements sollte dabei so gewählt werden, dass sich das Element nicht zu stark erwärmt (sonst sind schlechtere Konversionseffizienz des Leuchtstoffs und Stabilitätsprobleme des Remote Phosphor Elements möglich) . Allgemein führen Faktoren wie eine größere Strahlenbelastung , mehr Streuung/Absorption im Element , sowie eine kleinere Fläche/Volumen des Elements zu einer höheren Erwärmung .
Prinzipiell sind mehrere Ausführungsformen möglich:
EP2012/066691
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Die LED ist hier bevorzugt blau emittierend, wobei ein Teil der Strahlung durch Leuchtstoffe in gewissem Abstand von der LED konvertiert wird, so dass weiß entsteht . Alternativ wird eine UV-LED verwendet, und dazu zumindest zwei Leuchtstoffe, die blau und gelb, bzw. blau, grün und rot emittieren (RGB) .
Konkrete Ausführungsbeispiele für Leuchtstoffe sind ein gelb-grün emittierender Lu-haltiger Granat und ein rot emittierendes Nitridosilikat , die getrennt voneinander in streifenartigen Sektoren der Wand des Oblatenkörpers dispergiert sind.
Durch die räumliche Trennung ergeben sich mehrere Vorteile. Vorteile für Ausführungsform der Figur 1:
- Keine bzw. weniger Wechselwirkung der Leuchtstoffe, d.h. weniger Streuung/Absorption, und damit weniger Erwärmung, mehr Stabilität und höhere Effizienz.
- Unterschiedliche Geometrien für die verschiedenen Remo- te Phosphor Elemente möglich um dami z.B. den Anteil der eweiligen Leuchtstoff -Emission an der Gesamtemission einzustellen .
- Keine Probleme mit der Mischung der beiden Leuchtstoffe in der Herstellung, da die verschiedenen Remote Phosphor Elemente getrennt hergestellt werden (was allerdings auch einen Nachteil darstellt da getrennte Prozesse nötig sind) . Dadurch kann es nicht passieren, dass das relative Verhältnis von z.B. rot zu gelb im gleichen Element nicht stimmt (was Ausschuss bedeuten wurde) . Vorteile für Ausführungsform der Figur 2:
- Das Licht der außerhalb platzierten LEDs muss nicht durch das Remote Phosphor Element , d.h. das Licht kann effizienter ausgekoppelt werden, wodurch die Gesamteff zienz des Bauteils erhöht wird. - Geringere Erwärmung des Remote Phosphor Elements , da weniger Licht der außerhalb platzierten LEDs vom Remote Phosphor Element gestreut/absorbiert wird . Dadurch ist das Remote Phosphor Element kühler und die Konversion im emote Phosphor Element ist effizienter. Alternativ könnte durch die geringere Erwärmung die Größe des Remote Phosphor Elements reduziert werden, was wiederum zu geringeren Materialkosten (insbesondere Leuchtstoffkosten) führen würde .
Vorteile für beide Ausführungsformen :
- Durch die räumliche Trennung befinden sich weniger LEDs unter einem Remote Phosphor Element, d.h. die Reflektivi- tät innerhalb des Remote Phosphor Elements ist besser da die LEDs im Vergleich zum Rest eines Boards / einer Light engine eine sehr schlechte Reflektivität besitzen. Dadurch wird die Effizienz der Lampe erhöht.
Figur 4 zeigt eine einfache Variante mit einer LEB-Lampe
36, wobei das Halbleiterelement 37 ein Array aus mehreren blau emittierenden LEDs ist. Das Remote Phosphor Element ist eine Kuppel 17 , die gleichzeitig die Sektoren aus verschiedenen Leuchtstoffen und Diffusoren wie Ti02 oder A1203 enthält. Hier ist nur eine Kuppel erforderlich.
Das Remote Phosphor Element kann bevorzugt nur die Leuchtstoffe enthalten, wobei die LED-Lampe zusätzlich mit einer (diffusen) Außenhülle 48 (z.B. aus Plastik mit Streumitteln wie Ti02 oder A1203 ) eingehüllt werden, was eine homogenere Lichtmischung im Fernfeld bewirken kann . Das Remote Phosphor Element ist hier die innere Kuppel 40, die wieder aus mehreren Segmenten bestehen kann (Fig. 5) . Im Detail ist ein Ausführungsbe ispie1 einer LED- Lichtquelle 41 gezeigt , bei der ein LED-Modul mit blauen LEDs auf einem Podest 5 und einer Grundplatte 6 angeordnet ist und mi einer außen liegenden Diffusorkuppel 48 ausgestattet ist, wobei eine innen liegende Kuppel 40 mit Leuchtstoff für eine Teilkonversion versehen ist. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Lichtabstrahlung auch für ein remote-phosphor- Konzept ermöglicht.
Generell können als Chip, bzw. ggf. als LED oder LED- Array, für die LED-Lichtquelle bzw. LED-Lichtsystem insbesondere folgende Konstellationen verwendet werden:
Blau emittierende Chips als primäre Lichtquelle, wobei eine teilweise Konversion mittels Leuchtstoffschichten an der ersten Kuppel stattfindet, bei der zumindest ein grün und ein rot emittierender Leuchtstoff verwendet wird, wobei die Leuchtstoffe an der Kuppel lokalisiert sind; damit wird eine weiß emittierende Lichtquelle geschaffen,
UV-LEDs als primäre Lichtquelle, wobei zumindest eine teilweise, bevorzugt vollständige Konversion mittels Leuchtstoffschichten an der Kuppel stattfindet, bei der zumindest ein gelb und ein blau emittierender oder zumindest ein grün und ein rot und ein blau emittierender Leuchtstoff verwendet wird, wobei zumindest zwei der Leuchtstoffe an der Kuppel lokalisiert sind; damit wird eine weiß emittierende Lichtquelle geschaffen,
LED-Arrays als primäre Lichtquelle, bei denen verschiedenartige Chips genutzt werden, die zumindest teilweise verschiedene Leuchtstoffe im Bereich der Kuppel zur Konversion nutzen,-
LED-Axrays als primäre Lichtquelle, bei denen eine erste Gruppe von Chips und eine zweite Gruppe von Chips verwendet wird, wobei zumindest eine Gruppe mehrere Leuchtstoffe im Bereich der Kuppel zur Konversion nutzt; beispielsweise ein blau emittierender Chip, dessen Licht teilweise von Leuchtstoffen, die an der Kuppel lokalisiert ist, in grünes bzw. gelbes Licht konvertiert wird, zusammen mit einem rot emittierenden, insbesondere ambe färben emittierenden Chip, dessen Licht nicht von der Kuppel konvertiert wird. Damit ist eine hohe Farbwiedergabe möglich.
Farbige LED-Lichtsysteme aller Art, bei denen beispielsweise Vollkonversion genutzt wird, ,-
Mood-Beleuchtung, bei der unterschiedliche Arten von weiß durch geeignete Abstimmung verschiedener Chips und Leuchtstoffe erzeugt wird, beispielsweise warmweiß über neutralweiß hin zu tageslichtähnlichem weiß. Dabei können unterschiedliche Chips von unterschiedlichen Leuchtstoffen teilweise oder vollständig konvertiert werden . Das Absorptionsverhalten der verschiedenen Leuchtstoffe ist spezifisch auf die Emission der unterschiedlichen Chips ausgerichtet,
Die jeweils verwendeten Leuchtstoffe können teilweise oder vollständig an der Kuppel lokalisiert sein, also dort als Schicht aufgetragen oder in der Wand der Kuppel eingebracht sein.
Konkrete Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind:
-Eine LED-Lampe mit Lichtfärbe warm e ß, bei der als LED- Array blau emittierende LEDs, insbesondere mit Peakemis- sion im Bereich 430 bis 460 nm, verwendet werden .
-Eine LED-Lampe, bei de warmweiß durch eine erste Gruppe von blauen LEDs und einer zweiten Gruppe von roten LEDs realisiert ist, wobei in der Kuppel Diffusormaterial enthalten ist und außerdem zur Erzeugung von grüner Emission ein Granat A3B5012 : Ce , insbesondere als Komponente A Yttrium enthaltender und als zweiter Leuchtstoff ein Luteti- uiti enthaltender Granat eingebracht ist, der für die Komponente B Anteile an Aluminium und Gallium gleichzeitig enthält .
Eine LED-Lampe, bei der neutralweiß oder kaltweiß durch ein Array von UV- LEDs realisiert ist, wobei an der Kuppel neben Diffusorraaterial verschiedene Schichten Leuchtstoff aufgetragen ist, in der ein blau und ein gelb emittierender Leuchtstoff wie BA und YAG : Ce in zwei Gruppen von Sektoren vorhanden sind.
Figur 6 zeigt als Lichtsystem eine weiß emittierende LED- Lampe 20, mit einem Basisteil 21, das Elektronik enthält, einem unten daran angesetzten Sockel 22, einer inneren Kuppel 23 und einer äußeren Kuppel 24. Auf dem Basisteil sind im Zentrum blau emittierende LEDs eingebracht (nicht sichtbar) , Die innere Kuppel 23 ist mit ersten Sektoren 30 'u d zweiten Sektoren 31 ausgestattet, die streifenartig gestaltet sind. Die Streifen laufen spitz zu, wobei die Spitzen sich alle in einem Pol berühren. Die ersten Sektoren 30 sind mit einem Leuchtstoff oder auch einer Mischung beschichtet, der einen Teil der primären Strahlung der blauen LEDs in gelbe bis grüne Strahlung konvertiert. Dazu eignet sich insbesondere ein Granat wie Ya- GaG-.Ce oder LuAGAG : Ce , oder ein anderer Granat der Formel A3B5012 : Ce . Die zweiten Sektoren 31 sind mit einem Leuchtstoff oder auch einer Mischung beschichtet, der einen Teil der primären Strahlung der blauen LEDs in orange bis rote Strahlung konvertiert. Dazu eignet sich insbesondere ein Calsin oder Nitridosilikat .
Auf einem Kragenteil 25 des Basisteils, dem Rand 26 des Basisteils benachbart, ist insbesondere eine Reflektorschicht angebracht, die die Effizienz verbessert, Beson- ders bevorzugt ist das Kragenteil 25 als Kreisring realisiert .
Die Mischung zu weiß erfolgt durch eine Diffusorschicht oder Streuschicht auf einer äußeren Kuppel 24, die sowohl die innere Kuppel 23 als auch den Kreisring 25 umschließt . Insgesamt ergibt sich dadurch eine kompakte weiß emittierende LED-Lampe 20,
Figur 7 zeigt eine ähnliche LED-Lampe 20, wobei jedoch die beiden unterschiedlichen Sektoren 41 und 42 , die streifenartig gestaltet sind und unterschiedliche Leuchtstoffe auf eisen, innen auf der äußeren Kuppel 24 aufgetragen sind. Die Kuppel 24 ist bevorzugt in einem anderen Ausführungsbeispiel die einzige Kuppel .
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel , bei dem auf der inneren Kuppel 50 einer LED-Lampe 20 verschieden breite Sektoren 51 und 52 und 53 aufgetragen sind. Die äußere Kuppel 54 weist nur Diffusoren auf . Die Gruppe der ersten Sektoren 51 der drei verschiedenen Sektoren kann einen ersten Leuchtstoff, der beispielsweise grün emittiert, aufweisen. Damit ist gemeint, dass der Leuchtstoff als Schicht aufgetragen ist oder im Material der Kuppel 54 dispergiert ist . Die Gruppe der zweiten Sektoren 52 kann einen zweiten Leuchtstoff, der rot emittiert, aufweisen. Die Gruppe der dritten Sektoren 53 kann entweder einen dritten Leuchtstoff, der beispielsweise blau oder gelb emittiert, aufweisen. Alternativ kann dieser Sektor auch als Kühlkörper genützt werden und weist dann ein metallisches Material auf .
Figur 9 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel , bei dem wieder drei verschiedene Gruppen von Sektoren 51 und 52 und 53 verwendet werden. Diese sind jedoch auf der äußeren oder einzigen Kuppel 55 aufgebracht.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Sektoren eine andere Geometrie aufweisen. Beispielsweise sind statt pola- rer Streifen auch parallel zum Äquator laufende Streifen als Sektoren möglich. Bevorzugt sind die Sektoren an der zugehörigen Kuppel flächendeckend verteilt. Es ist jedoch auch möglich, dass beispielsweise in Figur 8, eine Gruppe von Sektoren frei von Leuchtstoffen ist, so dass Licht der primären Lichtquelle in diesem Bereich ungehindert die Kuppel passiert. Die verschiedenen Gruppen von Sektoren können regelmäßig alternieren und in gleicher Kahl vorhanden sein, beispielsweise zwei bis vier Sektoren einer Gruppe. Sie können aber auch je nach Anwendungszweck unregelmäßig alternieren und in verschiedener Zahl vorhanden sein.

Claims

Ansprüche
1. LED-Lichtsystem mit einer primären LED- Strahlungsquelle, insbesondere mindestens e nem blau oder UV emittierenden Halbleiterelement , wobei der primären Lichtquelle Emissionsrichtung eine erste Kuppel aus transparentem oder transluzentern Material vorgelagert ist, das als Konversionselement wirkt , dadurch gekennzeichnet , dass zumindest ein der Teil der Oberfläche der ersten Kuppel in mindestens zwei verschiedenartige Bereiche aufgeteilt ist, die Leucht- Stoffe auf eisen, wobei die mindestens zwei Bereiche verschiedenartige Leuchtstoffe zur Konversion aufweisen.
2. LED-LichtSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet , dass die erste Kup- pel oder eine weitere Kuppel mit einem Diffusormaterial ausgestattet ist, das insbesondere dem Material der Kuppel beigemischt ist .
3. LED-Lich System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusormaterial Aluminiumoxid, Titandi- oxid oder Siliziumdioxid, allein oder in Mischung, ist .
4. LED-LichtSystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, " dass das Material der ersten Kuppel Kunststoff , Glas , Silikon, Plexiglas oder Polycarbonat ist .
5. LED-LichtSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Strahlung der primären Lichtquelle durch das vorgeschaltete Konversionselement , teilweise oder vollständig in längerwellige Strahlung konvertiert wird,
6. LED-Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kuppel ein Abschnitt eines Oblatenkörpers ist, der einen Äquator und einen Pol aufweist, wobei der Pol in Richtung der optischen Achse weist.
7. LED-Lichtsystem nach Anspruch 6, dadurc gekennzeichnet, dass die Bereiche streifenartige Sektoren sind, die bevorzugt entweder polar oder parallel zum Äquator ausgerichtet sind.
8. LED-Lichtsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die polar ausgerichteten Sektoren Spitzen aufweisen, die im Pol aufeinandertreffen,
9. LED-Lichtsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche auf einer ersten inneren Kuppel angeordnet sind, wobei die erste Kuppel entweder von einer zweiten Kuppel umgeben ist oder diese umgibt.
10. LED-Lichtsystem nach Anspruch 9, dadurc gekennzeichnet, dass die zweite Kuppel mit Diffusormaterial ausgestattet ist.
11. LED-Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtstoffe eines ersten Bereichs gelb bis grün emittieren und die Leuchtstoffe eines zweiten Bereichs rot emittieren.
12. LED-LichtSystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen von gleichartigen Bereichen vorhanden sind.
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