WO2013083528A2 - Halbleiterleuchte - Google Patents
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Definitions
- Semiconductor light A semiconductor light is indicated.
- An object to be solved is to provide a semiconductor light having a high Lichtauskoppeleffizienz.
- the semiconductor light comprises at least one carrier substrate with a
- the carrier substrate is adapted to mechanically support the semiconductor light.
- the carrier substrate may be that component of the
- the semiconductor light comprises a plurality of light-emitting diode chips.
- LED chips are on one, preferably exactly one
- Semiconductor lamp a single type of light-emitting diode chips that emit, for example, in the blue spectral range, or several different types of LED chips, such as in the blue spectral range, in the green spectral range and / or emitting in the red spectral light emitting diode chips.
- this includes one or more electrical - -
- the contact device is to
- the contact device can electrical
- the electrical contact device is indirect or
- the fact that the contact device is located indirectly on the carrier substrate may mean that essentially only the light-emitting diode chips and / or fastening means of the light-emitting diode chips are located between the contact device and the carrier substrate.
- the carrier substrate is permeable to at least part of the radiation generated by the light-emitting diode chips.
- Carrier substrate may be clear or cloudy.
- the latter comprises at least one carrier substrate with a
- Semiconductor lamp includes electrical
- the carrier substrate is - -
- the carrier substrate has at least one of the following materials or consists of one or more of the following materials:
- a glass a glass, sapphire, a plastic such as polymethylmethacrylate or
- the carrier substrate comprises a silicone
- the carrier substrate is preferably provided with a fiber reinforcement, for example with glass fibers.
- the carrier substrate is formed from an electrically insulating material.
- the carrier substrate has a thickness of at least 0.2 mm or at least 0.5 mm. Alternatively or additionally, the thickness is at most 2 mm or at most 1.5 mm.
- this comprises a reflector.
- the reflector comprises or consists of an electrically conductive material.
- the reflector comprises or is made of silver or of aluminum or of a silver alloy or of an aluminum alloy. It is possible that the
- an electrically insulating layer of a material having a low optical refractive index comprises.
- the reflector for radiation generated by the semiconductor light has a reflectivity of at least 70% or at least 90% or at least 98%.
- the reflector preferably reflects spekular, so preferably not diffuse.
- the reflector extends over upper sides of the light-emitting diode chips, the upper sides being remote from the mounting side.
- the reflector preferably covers at least 60% or at least 80% or at least 90% or at least 95% of the tops. It is possible that the reflector, seen in plan view, completely covers the topsides.
- the reflector is structured to the contact device.
- the contact device is formed by the reflector or the reflector forms part of the contact device. That is, all or at least a portion of the LED chips are electrically contacted by means of the reflector and electrically connected.
- the reflector is flat and formed by strip-like
- Interruptions in the reflector are different areas electrically separated from each other, which can form separate paths conductor tracks.
- Flat design may mean that the reflector covers the carrier substrate to at least 50% or 75% or 90% or 95%, at least in a sub-area within which the LED chips are mounted.
- Strip-shaped can mean that a width or average width of the
- a mean width of the tracks shall not exceed 150% or 100% or 75% or 50% or 25% of a mean edge length of
- the breaks and / or the printed conductors have a width of at most 100 ym or 50 ym or 25 ym.
- Interrupts exceed a width of the interrupts, for example, by at least a factor of 10 or a factor of 25 or a factor of 100. According to at least one embodiment, the
- Reflector shaped conductor tracks electrically contacted. It is possible that, except for the conductor tracks of the reflector, no further electrical contacts towards the
- the carrier substrate itself is free of electrical conductor tracks. Conductor tracks are then preferred exclusively by the structured
- the mounting side of the carrier substrate is planar.
- the mounting side can therefore be a planar, smooth surface.
- the flanks are here in particular boundary surfaces of the LED chips, which are oriented approximately perpendicular to the mounting side.
- the flanks are of the casting preferably at least 50% or at least 75% or at least 90% or
- LED chip ring-like or frame-like surrounded and is not in physical contact with a casting of an adjacent LED chip. So it can be any of the - -
- the encapsulants seen in a cross section perpendicular to the mounting side, are triangular in shape.
- Mounting side and not facing the edges of the LED chips can be curved here. Preferably, however, such a curvature is not pronounced.
- the potting may be shaped like a groove along the flanks and the mounting side.
- LED chips extends, partially or completely covered by the reflector. Because of the potting in the
- LED chips is formed.
- the carrier substrate has recesses on the mounting side. A bottom surface of the recesses is here
- the mounting side in particular attributable to the mounting side and is preferably, as seen in plan view of the mounting side, freely accessible, if only the carrier substrate is considered in itself.
- Recessions is one or more of the
- the LED chips arranged.
- exactly one of the light-emitting diode chips is located in each of the recesses.
- the recesses can all be the same shape, be formed within the manufacturing tolerances, or even different from each other, for example, for recording
- LED chips or sensors for temperature and / or brightness.
- the reflector which forms at least part of the contact device, extends partially or completely over the recesses and over the recesses
- the light-emitting diode chips are preferably electrically contacted and interconnected by means of the reflector.
- Adhesive grouting preferably less than or equal to a volume of the recesses.
- the adhesive potting may be formed with or from a transparent, clear material, for
- the adhesive potting extends over edges on the tops of the
- Tops of the LED chips are preferably partially or completely free of the adhesive potting.
- the electrical contact device in particular in the form of the reflector, extends, seen in plan view of the mounting side, at least in places over the adhesive Verguss.
- At least a part of the light-emitting diode chips or all light-emitting diode chips are in each case electrically contacted by means of two bonding wires.
- the bonding wires may be attached to the tops of the LED chips. Some of the bonding wires can be connected to electrical conductors on the mounting side
- the light-emitting diode chips and / or the bonding wires are
- the encapsulation is preferably a radiation-transmissive, transparent material such as a silicone.
- the reflector is located on a rear side of the encapsulation facing away from the mounting side.
- the reflector is in this case preferably positively applied to the potting and / or on the light-emitting diode chips and can the potting, in - -
- Top view seen on the mounting side at least 80% or at least 90% or completely cover.
- the mounting side of the carrier substrate has a large area with a
- Conductor tracks of the contact device are structured in the conductive layer. For example
- the LED chips are on a carrier substrate
- a material of the conductive layer is, for example, a transparent, conductive oxide, in short TCO, for example ITO.
- this comprises at least 100 light-emitting diode chips or
- the LED chips are mounted in a two-dimensional arrangement on the mounting side. Two-dimensional means that the LED chips in
- the arrangement of the light-emitting diode chips and / or the carrier substrate and / or the carrier substrate in an area of the arrangement are covered by at least 80% or 90% or 95% of the reflector. Except for the narrow interruptions to the structuring of the
- Conductor tracks, the carrier substrate and / or the arrangement may be completely covered by the reflector.
- an average distance between two adjacent light-emitting diode chips is
- LED chips have an average edge length of at least 50 ym or at least 75 ym or at least 100 ym or at least 150 ym. Alternatively or additionally, the mean edge length is at most 2 mm or
- the mean distance between the adjacent light-emitting diode chips is
- the average distance is at most 25 mm or at most 15 mm or at most 8 mm.
- the carrier substrate has a front side, which is the
- Conversion element is adapted to absorb a portion or substantially all of the radiation generated by the LED chips in the operation of the semiconductor light and in a radiation of another, in particular larger
- Conversion element applied in a flat, continuous layer at the front. Preferably, this extends - -
- Conversion element forming layer preferably has no gaps and is in one, in the context of
- this has a further carrier.
- the further carrier is preferably above the front side of the carrier substrate
- the conversion element can be located between the carrier substrate and the further carrier.
- a side of the further carrier facing the conversion element and / or the front side of the carrier substrate are preferably smooth-shaped.
- Microlenses Preferably follows a part or all of
- each of the light-emitting diode chips is assigned exactly one of the microlenses. Due to the microlenses, a radiation characteristic of the semiconductor light is adjustable.
- the microlenses may be converging lenses or
- the microlenses may be formed as Fresnel lenses. According to at least one embodiment, the
- the cover layer may be a potting that over the - -
- Covering be formed by a thin plate, such as a glass. It is possible that the cover layer contributes to a mechanical stabilization of the semiconductor light.
- the radiation power emitted on the main sides can in this case be the same in each case or even deviate from one another.
- one of the main pages will be on
- the latter comprises at least one cooling device.
- Cooling device is preferably located at one of
- the cooling device may be a heat sink.
- the cooling device can be set up so that a cooling effect by flow of a cooling medium, such as air or a liquid, comes about.
- the cooling device may include a fan or a Peltier element.
- the cooling device is not attached directly to the light-emitting diode chips.
- At least the reflector is located between the cooling device and the light-emitting diode chips. - -
- Semiconductor lamps adapted to be arranged laterally side by side.
- the semiconductor lights can be so-called light tiles.
- the contact device may be formed such that abutting, laterally directly adjacent semiconductor lights are directly electrically contactable with each other.
- the semiconductor lights are designed as area radiators which emit homogeneous or substantially homogeneous radiation at least on the front side.
- the semiconductor light When switched off, the semiconductor light may appear as a mirror. It is possible that the semiconductor light their
- Figure 1 is an embodiment of a schematic
- the semiconductor light 1 shown in a sectional view.
- the semiconductor light 1 comprises a carrier substrate 4 with a mounting side 40.
- the mounting side 40 is flat and smooth and preferably free of recesses.
- the carrier substrate 4 is a glass plate.
- a thickness of the carrier substrate 4 is, for example, about 1 mm.
- On the mounting side 40 is a variety of
- the LED chips 2 attached.
- the LED chips 2 may be glued to the mounting side 40.
- a mean edge length of the LED chips 2 is, for example, about 200 ym.
- An average distance d between two adjacent LED chips 2 may be about 1.5 mm. It is possible for the light-emitting diode chips 2 to be configured to emit blue light during operation of the semiconductor light 1, for example with a dominant wavelength of approximately 440 nm. It is likewise possible that additionally or alternatively to blue-emitting light
- LED chips 2 also emitting orange or red
- the LED chips 2 may be so-called
- Such light-emitting diode chips have a radiation-transmissive carrier substrate, for example of sapphire, on which the semiconductor layer sequences of
- LED chips are grown epitaxially. In such a volume emitter, a high proportion of radiation in the _ _
- a reflective layer which reflects the radiation back toward the semiconductor layer sequence is then located on the growth substrate.
- volume emitter in such lights at least one reflection at an interface of the growth substrate is required and absorption losses through the mirror and through the
- Growth substrate of the LED chips 2 usually a lower optical refractive index than a
- the semiconductor light 1 further comprises a reflector 5, the mounting side 40, seen in plan view, in
- the reflector 5 is
- Contact device 3 formed, characterized in that partially interruptions 39 in the form of thin, strip-like
- the reflector 5 may be in areas between the
- LED chips 2 may be applied directly to the carrier substrate 5.
- the reflector 5 preferably has a thickness of at least 1 ⁇ m and in particular of at most 2 ⁇ m or of
- the reflector 5 may be formed by a single, metallic material such as aluminum or copper or silver or alloys with aluminum and / or copper and / or
- Reflector 5 has multiple layers, in particular a silver layer with a thickness of at least 100 nm, which faces the LED chips 2, and a thicker
- Layer for example of copper or a copper alloy or aluminum or an aluminum alloy.
- Contact layers may be on one or both sides of the reflector 5 thin layers of titanium, nickel and / or
- chromium layer or ZrO layer may be located with a thickness of at most 1 nm or at most 0.5 nm.
- the potting 6 is triangular in cross-section and formed by the reflector - -
- the reflector 5 and the conductor tracks 38 are then spaced from the carrier substrate 4, at least in a region of the arrangement of the LED chips 2.
- Reflector 5 is optionally applied a cover layer 46, for example by means of casting or pressing.
- the cover layer may be a silicone or an epoxy or another
- the cover layer 46 may be a thin layer of a lacquer or an epoxy with a thickness of a few micrometers, which mimics a shape of the reflector 5.
- a conversion element 7 is attached to a front side of the carrier substrate 4.
- the conversion element 7 is attached to the carrier substrate 4 as a uniform layer.
- Conversion element 7 is also optionally another carrier 4b.
- the conversion element 7 can thereby - -
- Carrier substrate 4 is pressed, being between the
- Carrier 4b and the carrier substrate 4 spacers can be located.
- a thickness of the conversion element 7 is preferably between 25 and 1 mm inclusive.
- Conversion element 7 may be phosphor particles which are embedded in a silicone matrix. Likewise, the conversion element 7 may be formed by a film or by an adhesive film or may be a ceramic plate with phosphor contained therein. Is a
- Semiconductor lamp 1 in operation preferably white light.
- the contact device 3 is formed by the reflector 5 and extends partially over the recesses 42, seen in plan view of the mounting side 40.
- the light-emitting diode chips 2 can be fastened in the recesses 42 by means of an adhesive shroud 44.
- the adhesive potting covers edges of the
- LED chips 2 and the top 20 partially.
- the contact device 3 in the form of the reflector 5 also extends beyond the adhesive potting 44 on the upper side 20 of the light-emitting diode chips 2
- a depth of the recesses 42 is larger than a thickness of the LED chips 2 by between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m.
- the LED chips 2 may be about 100 ⁇ m thick.
- the depth of the recesses is preferably between 100 ym and 150 ym inclusive, or between 50 ym and 250 ym inclusive.
- a width of the recesses 42 is preferably greater than an associated edge length of the light-emitting diode chips 2 by between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m.
- the contact device 3 is preferably formed by a transparent material, which in the form of a conductive layer over a large area on the
- Mounting side 40 is applied and which is structured to strip conductors 38, see also Figure 4. Die
- LED chips 2 are mounted, for example, by means of contact pads 34 on the electrically conductive layer, for example by means of soldering, gluing or ultrasonic bonding.
- the reflector 5, which may be configured as in FIG. 1, is not shown in FIG.
- a thin layer of an electrically insulating material in particular a thin silicon dioxide layer with a thickness of approximately 20 nm, is preferably located between the contact device 3 and the reflector 5.
- the conductive layer which forms the contact device 3 is partially reflective for the radiation generated during operation of the semiconductor light 1. This makes it possible to adjust how large a radiation component that is emitted in a direction away from the carrier substrate 4 from the semiconductor light 1 is.
- narrow conductor tracks 38 pass through
- the light-emitting diode chips 2 are located on or below each two of the conductor tracks 38.
- the conductor tracks 38 cover one
- the carrier substrate 4 preferably cover at least 80% or 90% or 95%, at least in an area in which the
- Interrupts 39 are oriented substantially parallel to a main current direction in the conductor tracks 38.
- the conductor tracks 38 have a large area
- Conductor tracks 38 cover a surface portion of the carrier substrate 4, for example, at least 80% or 90% or 95%.
- the breaks 39 are transverse, for example, vertical _ -
- the light-emitting diode chips 2 are each located on two of the conductor tracks 38.
- a width of the interruptions 39 is preferably smaller than a mean edge length of the light-emitting diode chips 2.
- Mounting side 40 at least two of the tracks 38
- the light-emitting diode chips 2 are each electrically contacted via two bonding wires 35 on the upper sides 20. Notwithstanding this, the light-emitting diode chips 2 can be contacted via a conductor track on the carrier substrate 4 and with only one bonding wire 35 on the upper side 20.
- each group preferably comprises at least two or at least ten or at least 25 of the LED chips 2. This makes it possible that with the semiconductor light 1 symbols or pictograms
- all light-emitting diode chips 2 are contacted electrically in common, so that exactly two external electrical connections are provided for supplying current to the semiconductor light 1.
- the LED chips 2 and the bonding wires 35 are completely in accordance with Figure 5 in a radiation-transmissive
- a back side 60 of the potting 6 facing away from the carrier substrate 4 is preferably approximately planar. At the back 60 of the reflector 5 is positively - -
- the reflector 5 is then formed by an approximately 100 nm to approximately 200 nm thick silver layer or aluminum layer.
- the cover layer 46 which may be formed by a thin lacquer layer.
- a cooling device 9 is located on a side of the reflector 5 facing away from the light-emitting diode chip 2. According to FIG. 5, the cooling device 9 is provided by a
- Cooling device 9 of the semiconductor lamp 1 realized in that a gap is created in which a stream G of a cooling medium can take place.
- the cooling medium may be air.
- the semiconductor light 1 further comprises a radiation-transmissive potting 6, as in
- the semiconductor light 1 according to FIG. 7 has a
- the microlenses 8 includes. Both
- Microlenses 8 may be collecting lenses. Each of the light-emitting diode chips 2 is arranged downstream of one of the microlenses 8.
- the cooling device 9 in the form of a
- the heat sink 9 can for one of the
- LED chips 2 radiation to be reflected is located between the heat sink 9 and - -
- the exemplary embodiment of the semiconductor light 1 according to FIG. 9 is designed to irradiate radiation along two
- Mounting side 40 are oriented and point away from each other.
- the contact device 3 is shaped, for example, according to FIG.
- the semiconductor light 1 is free of one
- the light-emitting diode chips 2 are preferably surrounded by the covering layer 46. Notwithstanding the illustration according to FIG. 9, it is also possible that the light-emitting diode chips 2 are mounted in recesses in the carrier substrate 4, cf. FIG. 2.
- the carrier substrate 4 it is possible for the carrier substrate 4 to be clear-vision or to act as a scatter for radiation generated during operation of the semiconductor light 1.
- the carrier substrate 4 and / or the potting 6 and / or the cover layer 46th it is possible for the carrier substrate 4 to be clear-vision or to act as a scatter for radiation generated during operation of the semiconductor light 1.
- Lichtauskoppeleffizienz is formed.
- the semiconductor light points as well as in all other
- Embodiments preferably at least 100 or
- Dimensions of a region in which the LED chips 2 are distributed in two dimensions are preferably at least 3 ⁇ 3 cm 2 or at least 10 ⁇ 10 cm -3.
- the semiconductor light 1 can be used as a surface radiator and / or as so-called
- Light tile can be used.
- a radiation characteristic can over the entire
- the LED chips 2 have a size, for example, with edge lengths of less than 200 ym, so that the LED chips 2 from the human eye without
- LED chips 2 a viewer as a single
- Point light sources appear, which can be arranged like a grid.
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
- Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)
Abstract
In mindestens einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte (1) umfasst diese mindestens ein Trägersubstrat (4) mit einer Montageseite (40). Eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (2) ist an der Montageseite (40) angebracht. Die Halbleiterleuchte (1) beinhaltet elektrische Kontakteinrichtungen (3), die sich mindestens mittelbar auf dem Trägersubstrat (4) befinden und über die Leuchtdiodenchips (2) elektrisch kontaktiert sind. Das Trägersubstrat (4) ist durchlässig für eine von den Leuchtdiodenchips (2) im Betrieb erzeugte Strahlung.
Description
- -
Beschreibung
Halbleiterleuchte Es wird eine Halbleiterleuchte angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Halbleiterleuchte anzugeben, die eine hohe Lichtauskoppeleffizienz aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte umfasst diese mindestens ein Trägersubstrat mit einer
Montageseite. Das Trägersubstrat ist dazu eingerichtet, die Halbleiterleuchte mechanisch zu stützen. Mit anderen Worten kann das Trägersubstrat diejenige Komponente der
Halbleiterleuchte sein, die dieser eine hinreichende
mechanische Stabilität verleiht und die für die erforderliche Steifigkeit der Halbleiterleuchte sorgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte umfasst diese eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips. Die
Leuchtdiodenchips sind an einer, bevorzugt genau einer
Montageseite des Trägersubstrats angebracht. Insbesondere sind alle Lichtquellen der Halbleiterleuchte durch
Leuchtdiodenchips realisiert. Es ist möglich, dass die
Halbleiterleuchte eine einzige Art von Leuchtdiodenchips, die beispielsweise im blauen Spektralbereich emittieren, oder mehrere verschiedene Arten von Leuchtdiodenchips, etwa im blauen Spektralbereich, im grünen Spektralbereich und/oder im roten Spektralbereich emittierende Leuchtdiodenchips, umfasst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte beinhaltet diese eine oder mehrere elektrische
- -
Kontakteinrichtungen. Die Kontakteinrichtung ist dazu
eingerichtet, die Leuchtdiodenchips elektrisch zu
kontaktieren. Die Kontakteinrichtung kann elektrische
Leiterbahnen, Kontaktstellen zu einer externen Kontaktierung der Halbleiterleuchte, Regelwiderstände, Sicherungen,
Schutzeinrichtungen gegen Schäden durch elektrostatische Entladungen und/oder Bonddrähte umfassen oder hieraus
bestehen . Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte ist die elektrische Kontakteinrichtung mittelbar oder
unmittelbar auf dem Trägersubstrat angebracht. Beispielsweise sind unmittelbar auf dem Trägersubstrat elektrische
Leiterbahnen der Kontakteinrichtung geformt. Dass sich die Kontakteinrichtung mittelbar auf dem Trägersubstrat befindet, kann bedeuten, dass sich zwischen der Kontakteinrichtung und dem Trägersubstrat im Wesentlichen nur die Leuchtdiodenchips und/oder Befestigungsmittel der Leuchtdiodenchips befinden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte ist das Trägersubstrat durchlässig für mindestens einen Teil der von den Leuchtdiodenchips erzeugten Strahlung. Das
Trägersubstrat kann klarsichtig sein oder auch trüb. In mindestens einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte umfasst diese mindestens ein Trägersubstrat mit einer
Montageseite. Mehrere Leuchtdiodenchips sind an der
Montageseite des Trägersubstrats angebracht. Die
Halbleiterleuchte beinhaltet elektrische
Kontakteinrichtungen, die sich mindestens mittelbar auf dem Trägersubstrat befinden und über die die Leuchtdiodenchips elektrisch kontaktiert sind. Das Trägersubstrat ist
- -
durchlässig für eine von den Leuchtdiodenchips erzeugte
Strahlung .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte weist das Trägersubstrat mindestens eines der nachfolgend genannten Materialien auf oder besteht aus einem oder
mehreren der nachfolgend genannten Materialien: einem Glas, Saphir, einem Kunststoff wie Polymethylmethacrylat oder
Polycarbonat , einem Silikon, einem Silikon-Epoxid-Hybrid- Material, einem Epoxid. Insbesondere falls das Trägersubstrat ein Silikon umfasst, so ist das Trägersubstrat bevorzugt mit einer Faserverstärkung, beispielsweise mit Glasfasern, versehen. Insbesondere ist das Trägersubstrat aus einem elektrisch isolierenden Material geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte weist das Trägersubstrat eine Dicke von mindestens 0,2 mm oder von mindestens 0,5 mm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke höchstens 2 mm oder höchstens 1,5 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte umfasst diese einen Reflektor. Der Reflektor umfasst ein elektrisch leitfähiges Material oder besteht aus einem solchen. Zum Beispiel umfasst oder besteht der Reflektor aus Silber oder aus Aluminium oder aus einer Silberlegierung oder aus einer Aluminiumlegierung. Es ist möglich, dass der
Reflektor, neben einer elektrisch leitfähigen Schicht, eine elektrisch isolierende Schicht aus einem Material mit einem niedrigen optischen Brechungsindex umfasst. Beispielsweise weist der Reflektor für von der Halbleiterleuchte erzeugte Strahlung eine Reflektivität von mindestens 70 % oder von mindestens 90 % oder von mindestens 98 % auf. Der Reflektor reflektiert bevorzugt spekular, also bevorzugt nicht diffus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Reflektor über Oberseiten der Leuchtdiodenchips, wobei die Oberseiten der Montageseite abgewandt sind. In Draufsicht auf die Oberseiten gesehen bedeckt der Reflektor bevorzugt mindestens 60 % oder mindestens 80 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % der Oberseiten. Es ist möglich, dass der Reflektor, in Draufsicht gesehen, die Oberseiten vollständig überdeckt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor zu der Kontakteinrichtung strukturiert. Mit anderen Worten ist die Kontakteinrichtung durch den Reflektor gebildet oder der Reflektor bildet einen Teil der Kontakteinrichtung. Das heißt, alle oder mindestens ein Teil der Leuchtdiodenchips sind mittels des Reflektors elektrisch kontaktiert und elektrisch verschaltet. Beispielsweise ist der Reflektor flächig ausgebildet und durch streifenartig ausgeformte
Unterbrechungen in dem Reflektor sind verschiedene Bereiche elektrisch voneinander getrennt, wobei diese voneinander getrennten Bereiche Leiterbahnen bilden können.
Flächig ausgebildet kann bedeuten, dass der Reflektor das Trägersubstrat zu mindestens 50 % oder 75 % oder 90 % oder 95 % bedeckt, zumindest in einem Teilgebiet, innerhalb dem die Leuchtdiodenchips montiert sind. Streifenförmig kann bedeuten, dass eine Breite oder mittlere Breite der
Unterbrechungen und alternativ oder zusätzlich eine mittlere Breite der Leiterbahnen höchstens 150 % oder 100 % oder 75 % oder 50 % oder 25 % einer mittleren Kantenlänge der
Leuchtdiodenchips beträgt. Alternativ oder zusätzlich weisen die Unterbrechungen und/oder die Leiterbahnen eine Breite von höchstens 100 ym oder 50 ym oder 25 ym auf. Eine Länge der
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Unterbrechungen übersteigt eine Breite der Unterbrechungen zum Beispiel um mindestens einen Faktor 10 oder Faktor 25 oder Faktor 100. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Leuchtdiodenchips jeweils durch genau zwei der in den
Reflektor geformten Leiterbahnen elektrisch kontaktiert. Es ist möglich, dass, bis auf die Leiterbahnen des Reflektors, keine weiteren elektrischen Kontaktierungen hin zu den
Leuchtdiodenchips vorliegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Trägersubstrat selbst frei von elektrischen Leiterbahnen. Leiterbahnen sind dann bevorzugt ausschließlich durch den strukturierten
Reflektor gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Montageseite des Trägersubstrats eben geformt. Bei der Montageseite kann es sich also um eine planare, glatte Fläche handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte befindet sich an Flanken von zumindest einem
Leuchtdiodenchip, bevorzugt von allen Leuchtdiodenchips, ein strahlungsdurchlässiger Verguss. Die Flanken sind hierbei insbesondere Begrenzungsflächen der Leuchtdiodenchips, die näherungsweise senkrecht zu der Montageseite orientiert sind. Die Flanken sind von dem Verguss bevorzugt zu mindestens 50 % oder zu mindestens 75 % oder zu mindestens 90 % oder
vollständig bedeckt. Pro Leuchtdiodenchip ist bevorzugt ein eigener Verguss angebracht, der den betreffenden
Leuchtdiodenchip ringartig oder rahmenartig umgeben kann und der nicht in physischem Kontakt steht zu einem Verguss eines benachbarten Leuchtdiodenchips. Es kann also jedem der
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Leuchtdiodenchips einer der Vergüsse eineindeutig zugeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Vergüsse, in einem Querschnitt senkrecht zu der Montageseite gesehen, dreieckartig geformt. Eine dritte Seite, die nicht der
Montageseite und nicht den Flanken der Leuchtdiodenchips zugewandt ist, kann hierbei gekrümmt sein. Bevorzugt jedoch ist eine solche Krümmung nicht stark ausgeprägt. Der Verguss kann ähnlich einer Hohlkehle entlang der Flanken und der Montageseite geformt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte ist der Verguss, der sich rahmenartig um die
Leuchtdiodenchips erstreckt, von dem Reflektor teilweise oder vollständig überdeckt. Dadurch, dass der Verguss im
Querschnitt dreieckartig, also mit drei Ecken, geformt und von dem Reflektor überdeckt ist, wird aus den Flanken der Leuchtdiodenchips austretende Strahlung mindestens teilweise in Richtung hin zu dem Trägersubstrat reflektiert.
Es ist also möglich, dass, im Querschnitt senkrecht zur
Montageseite gesehen, die Leuchtdiodenchips zusammen mit dem Verguss ein Trapez formen, wobei eine lange Seite des
Trapezes durch einen Teil der Montageseite und eine kurze Seite des Trapezes durch einen Teil der Oberseite der
Leuchtdiodenchips gebildet ist. Die nicht zueinander parallel verlaufenden, schräg angeordneten Begrenzungsflächen des Trapezes, die leicht gekrümmt sein können, weisen dann einen Winkel zur Montageseite von bevorzugt ungefähr 45°,
insbesondere zwischen einschließlich 30° und 60°, auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte weist das Trägersubstrat an der Montageseite Ausnehmungen auf. Eine Bodenfläche der Ausnehmungen ist hierbei
insbesondere der Montageseite zuzurechnen und ist bevorzugt, in Draufsicht auf die Montageseite gesehen, frei zugänglich, wenn nur das Trägersubstrat an sich betrachtet wird. In mindestens einem Teil der Ausnehmungen oder in allen
Ausnehmungen ist einer oder sind mehrere der
Leuchtdiodenchips angeordnet. Bevorzugt befindet sich in jeder der Ausnehmungen genau einer der Leuchtdiodenchips. Die Ausnehmungen können alle formgleich sein, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, oder auch voneinander verschieden ausgeformt sein, beispielsweise zur Aufnahme
unterschiedlicher Arten von Leuchtdiodenchips oder Sensoren für Temperatur und/oder Helligkeit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte erstreckt sich der Reflektor, der mindestens einen Teil der Kontakteinrichtung bildet, teilweise oder vollständig über die Ausnehmungen und über die in den Ausnehmungen
angeordneten Leuchtdiodenchips. Die Leuchtdiodenchips sind bevorzugt mittels des Reflektors elektrisch kontaktiert und verschaltet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Leuchtdiodenchips in den Ausnehmungen mit einem Klebeverguss befestigt oder fixiert. Hierbei ist ein Volumen der
Leuchtdiodenchips zusammen mit einem Volumen des
Klebevergusses bevorzugt kleiner oder gleich einem Volumen der Ausnehmungen. Der Klebeverguss kann mit oder aus einem transparenten, klarsichtigen Material geformt sein, zum
Beispiel einem Silikon.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der Klebeverguss über Kanten an den Oberseiten der
Leuchtdiodenchips sowie teilweise über die Oberseiten der Leuchtdiodenchips. Elektrische Kontaktbereiche an den
Oberseiten der Leuchtdiodenchips sind bevorzugt teilweise oder vollständige frei von dem Klebeverguss. Die elektrische Kontakteinrichtung, insbesondere in Form des Reflektors, erstreckt sich, in Draufsicht auf die Montageseite gesehen, mindestens stellenweise über den Klebeverguss hinweg. Durch einen solchen Klebeverguss ist eine elektrische Isolation der Flanken der Leuchtdiodenchips erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte ist mindestens ein Teil der Leuchtdiodenchips oder sind alle Leuchtdiodenchips jeweils mittels zwei Bonddrähten elektrisch kontaktiert. Die Bonddrähte können an den Oberseiten der Leuchtdiodenchips angebracht sein. Ein Teil der Bonddrähte kann an elektrischen Leiterbahnen an der Montageseite
kontaktiert sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte sind die Leuchtdiodenchips und/oder die Bonddrähte
vollständig in einen strahlungsdurchlässigen Verguss
eingebettet, wobei sich der Verguss bevorzugt über alle
Leuchtdiodenchips und Bonddrähte erstreckt. Bei dem Verguss handelt es sich bevorzugt um ein strahlungsdurchlässiges, klarsichtiges Material wie ein Silikon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte befindet sich an einer der Montageseite abgewandten Rückseite des Vergusses der Reflektor. Der Reflektor ist hierbei bevorzugt formschlüssig auf dem Verguss und/oder auf die Leuchtdiodenchips aufgebracht und kann den Verguss, in
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Draufsicht auf die Montageseite gesehen, zu mindestens 80 % oder zu mindestens 90 % oder vollständig überdecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Montageseite des Trägersubstrats großflächig mit einer
strahlungsdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Schicht versehen. In die leitfähige Schicht sind Leiterbahnen der Kontakteinrichtung strukturiert. Beispielsweise sind
streifenartige, dünne Unterbrechungen in der leitfähigen Schicht ausgeformt, um die Leiterbahnen zu strukturieren. Die Leuchtdiodenchips sind an einer dem Trägersubstrat
abgewandten Seite der elektrisch leitfähigen Schicht
angebracht und durch die elektrisch leitfähige Schicht elektrisch kontaktiert. Ein Material der leitfähigen Schicht ist beispielsweise ein transparentes, leitfähiges Oxid, kurz TCO, etwa ITO.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte umfasst diese mindestens 100 Leuchtdiodenchips oder
mindestens 200 oder mindestens 400 oder mindestens 1000 Leuchtdiodenchips. Die Leuchtdiodenchips sind in einer zweidimensionalen Anordnung auf der Montageseite angebracht. Zweidimensional bedeutet, dass die Leuchtdiodenchips im
Wesentlichen innerhalb einer einzigen Ebene angeordnet sind und nicht auf einer geraden Linien liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Anordnung der Leuchtdiodenchips und/oder das Trägersubstrat und/oder das Trägersubstrat in einem Bereich der Anordnung zu mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % von dem Reflektor überdeckt. Bis auf die schmalen Unterbrechungen zur Strukturierung der
Leiterbahnen kann das Trägersubstrat und/oder die Anordnung vollständig von dem Reflektor bedeckt sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt ein mittlerer Abstand zwischen zwei benachbarten Leuchtdiodenchips
mindestens ein 0,5-faches oder mindestens ein 2,5-faches oder mindestens ein 5-faches der mittleren Kantenlänge der
Leuchtdiodenchips .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Leuchtdiodenchips eine mittlere Kantenlänge von mindestens 50 ym oder von mindestens 75 ym oder von mindestens 100 ym oder von mindestens 150 ym auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die mittlere Kantenlänge höchstens 2 mm oder
höchstens 1,5 mm oder höchstens 1 mm oder höchstens 0,4 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt der mittlere Abstand zwischen den benachbarten Leuchtdiodenchips
mindestens 0,5 mm oder mindestens 2 mm oder mindestens 5 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt der mittlere Abstand höchstens 25 mm oder höchstens 15 mm oder höchstens 8 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte weist das Trägersubstrat eine Vorderseite auf, die der
Montageseite gegenüberliegt. An der Vorderseite ist
mindestens ein Konversionselement angebracht. Das
Konversionselement ist dazu eingerichtet, einen Teil oder im Wesentlichen die gesamte von den Leuchtdiodenchips im Betrieb der Halbleiterleuchte erzeugte Strahlung zu absorbieren und in eine Strahlung einer anderen, insbesondere größeren
Wellenlänge umzuwandeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionselement in einer flächigen, durchgehenden Schicht an der Vorderseite aufgebracht. Bevorzugt erstreckt sich das
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Konversionselement vollständig über einen zweidimensionalen Bereich, über den die Leuchtdiodenchips verteilt sind, in Draufsicht auf die Vorderseite gesehen. Die das
Konversionselement bildende Schicht weist bevorzugt keine Lücken auf und ist in einer, im Rahmen der
Herstellungstoleranzen, konstanten Dicke an der Vorderseite angebracht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte weist diese einen weiteren Träger auf. Der weitere Träger ist bevorzugt über der Vorderseite des Trägersubstrats
angeordnet. Zwischen dem Trägersubstrat und dem weiteren Träger kann sich das Konversionselement befinden. Eine dem Konversionselement zugewandte Seite des weiteren Trägers und/oder die Vorderseite des Trägersubstrats sind bevorzugt glatt geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen das
Trägersubstrat und/oder der weitere Träger mehrere
Mikrolinsen. Bevorzugt folgt einem Teil oder allen der
Leuchtdiodenchips dann mindestens eine der Mikrolinsen, entlang einer Hauptabstrahlrichtung der Halbleiterleuchte, nach. Bevorzugt ist jedem der Leuchtdiodenchips genau eine der Mikrolinsen zugeordnet. Durch die Mikrolinsen ist eine Abstrahlcharakteristik der Halbleiterleuchte einstellbar. Bei den Mikrolinsen kann es sich um Sammellinsen oder
Zerstreulinsen handeln. Die Mikrolinsen können als Fresnel- Linsen ausgeformt sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die
Leuchtdiodenchips zwischen dem Trägersubstrat und einer strahlungsdurchlässigen Abdeckschicht . Bei der Abdeckschicht kann es sich um einen Verguss handeln, der über den
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Leuchtdiodenchips angebracht ist. Weiterhin kann die
Abdeckschicht durch eine dünne Platte, etwa aus einem Glas, gebildet sein. Es ist möglich, dass die Abdeckschicht zu einer mechanischen Stabilisierung der Halbleiterleuchte beiträgt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterleuchte dazu eingerichtet, die von den
Leuchtdiodenchips erzeugte Strahlung an zwei einander
gegenüberliegenden Hauptseiten zu emittieren. Die an den Hauptseiten emittierte Strahlungsleistung kann hierbei jeweils gleich sein oder auch voneinander abweichen.
Beispielsweise wird an einer der Hauptseiten ein
Strahlungsanteil zwischen einschließlich 10 % und 40 % emittiert und an der anderen Hauptseite der verbleibende Strahlungsanteil .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Halbleiterleuchte umfasst diese mindestens eine Kühlvorrichtung. Die
Kühlvorrichtung befindet sich bevorzugt an einer der
Montageseite abgewandten Seite der Leuchtdiodenchips. Bei der Kühlvorrichtung kann es sich um einen Kühlkörper handeln. Ebenso kann die Kühlvorrichtung dazu eingerichtet sein, dass eine kühlende Wirkung durch Strömung eines Kühlmediums, etwa Luft oder einer Flüssigkeit, zustande kommt. Auch kann die Kühlvorrichtung einen Ventilator oder ein Peltier-Element umfassen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kühlvorrichtung nicht unmittelbar an den Leuchtdiodenchips angebracht.
Bevorzugt befindet sich zwischen der Kühlvorrichtung und den Leuchtdiodenchips zumindest der Reflektor.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterleuchten dazu eingerichtet, lateral nebeneinander angeordnet zu werden. Bei den Halbleiterleuchten kann es sich um so genannten Lichtkacheln handeln. Die Kontakteinrichtung kann derart ausgeformt sein, dass aneinander stoßende, lateral unmittelbar benachbarte Halbleiterleuchten direkt elektrisch miteinander kontaktierbar sind.
Bevorzugt sind die Halbleiterleuchten als Flächenstrahler ausgebildet, die zumindest an der Vorderseite homogen oder im Wesentlichen homogen Strahlung emittieren. In ausgeschaltetem Zustand kann die Halbleiterleuchte als Spiegel erscheinen. Es ist möglich, dass die Halbleiterleuchte ihrem
Erscheinungsbild nach wie eine organische Leuchtdiode, kurz OLED, geformt ist, obwohl die Strahlungserzeugung auf
anorganischen Komponenten basiert.
Nachfolgend wird eine hier beschriebene Halbleiterleuchte unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 3 sowie 5 bis 10 schematische
Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Halbleiterleuchten, und
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Figur 4 schematische Draufsichten auf elektrische
Kontakteinrichtungen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Halbleiterleuchten. In Figur 1 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer
Halbleiterleuchte 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Halbleiterleuchte 1 umfasst ein Trägersubstrat 4 mit einer Montageseite 40. Die Montageseite 40 ist eben und glatt geformt und bevorzugt frei von Ausnehmungen. Beispielsweise handelt es sich bei dem Trägersubstrat 4 um eine Glasplatte. Eine Dicke des Trägersubstrats 4 liegt beispielsweise bei ungefähr 1 mm.
An der Montageseite 40 ist eine Vielzahl von
Leuchtdiodenchips 2 angebracht. Die Leuchtdiodenchips 2 können auf die Montageseite 40 aufgeklebt sein. Eine mittlere Kantenlänge der Leuchtdiodenchips 2 beträgt zum Beispiel ungefähr 200 ym. Ein mittlerer Abstand d zwischen zwei benachbarten Leuchtdiodenchips 2 kann bei ungefähr 1,5 mm liegen. Es ist möglich, dass die Leuchtdiodenchips 2 dazu eingerichtet sind, im Betrieb der Halbleiterleuchte 1 blaues Licht zu emittieren, beispielsweise mit einer dominanten Wellenlänge von ungefähr 440 nm. Ebenso ist es möglich, dass zusätzlich oder alternativ zu blau emittierenden
Leuchtdiodenchips 2 auch orange oder rot emittierende
Leuchtdiodenchips vorhanden sind.
Bei den Leuchtdiodenchips 2 kann es sich um so genannte
Volumenemitter handeln. Solche Leuchtdiodenchips weisen ein strahlungsdurchlässiges Trägersubstrat, beispielsweise aus Saphir, auf, auf dem Halbleiterschichtenfolgen der
Leuchtdiodenchips epitaktisch aufgewachsen sind. Bei einem solchen Volumenemitter wird ein hoher Strahlungsanteil in das
_ _
Aufwachssubstrat eingekoppelt und trifft auf Grenzfläche des Aufwachssubstrats . Bei herkömmlichen Leuchten befindet sich an dem Aufwachssubstrat dann eine reflektierende Schicht, die die Strahlung zurück in Richtung Halbleiterschichtenfolge reflektiert. Da zur Auskopplung der Strahlung aus dem
Volumenemitter bei solchen Leuchten mindestens eine Reflexion an einer Grenzfläche des Aufwachssubstrats erforderlich ist und Absorptionsverluste durch den Spiegel und durch die
Halbleiterschichtenfolge auftreten können, weisen solche Leuchten eine vergleichsweise kleine Lichtauskoppeleffizienz auf .
Durch die Verwendung eines strahlungsdurchlässigen
Trägersubstrats 4, auf dem die Leuchtdiodenchips 2
insbesondere unmittelbar angebracht sind, kann eine
effiziente Strahlungsauskopplung über das
strahlungsdurchlässige Aufwachssubstrat oder einen
strahlungsdurchlässigen Träger der Leuchtdiodenchips 2 erfolgen. Weiterhin weist ein Träger oder ein
Aufwachssubstrat der Leuchtdiodenchips 2 in der Regel einen niedrigeren optischen Brechungsindex auf als eine
Halbleiterschichtenfolge der Leuchtdiodenchips 2. Auch hierdurch ist eine Strahlungsauskopplung aus einem solchen Träger oder Aufwachssubstrat heraus, gegenüber einer
Strahlungsauskopplung aus der Halbleiterschichtenfolge, effizienter realisierbar. Als Leuchtdiodenchips 2 können aber auch so genannte Dünnfilm-Chips verwendet werden, bei denen ein Aufwachssubstrat entfernt ist. Die Halbleiterleuchte 1 weist ferner einen Reflektor 5 auf, der die Montageseite 40, in Draufsicht gesehen, im
Wesentlichen vollständig bedeckt und sich über dem
Trägersubstrat 4 abgewandte Oberseiten 20 der
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Leuchtdiodenchips 2 erstreckt. Der Reflektor 5 ist
gleichzeitig als insbesondere einzige elektrische
Kontakteinrichtung 3 ausgeformt, dadurch, dass bereichsweise Unterbrechungen 39 in Form von dünnen, streifenartigen
Strukturen den Reflektor 5 stellenweise zerteilen, so dass Leiterbahnen 38 ausgebildet sind, vergleiche auch Figur 4. Die Unterbrechungen 39 sind bevorzugt derart dünn, dass diese von einem Betrachter mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Der Reflektor 5 kann in Bereichen zwischen den
Leuchtdiodenchips 2 unmittelbar auf das Trägersubstrat 5 aufgebracht sein.
Der Reflektor 5 weist bevorzugt eine Dicke von mindestens 1 ym auf und insbesondere von höchstens 2 ym oder von
höchstens 15 ym. Der Reflektor 5 kann durch ein einziges, metallisches Material wie Aluminium oder Kupfer oder Silber oder Legierungen mit Aluminium und/oder Kupfer und/oder
Silber gebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass der
Reflektor 5 mehrere Schichten aufweist, insbesondere eine Silberschicht mit einer Dicke von mindestens 100 nm, die den Leuchtdiodenchips 2 zugewandt ist, sowie eine dickere
Schicht, zum Beispiel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Als
Kontaktschichten können sich an einer oder an beiden Seiten des Reflektors 5 dünne Schichten aus Titan, Nickel und/oder
Gold befinden. Unmittelbar zwischen der Montageseite 40 sowie dem Reflektor 5 kann sich eine dünne Chromschicht oder ZrO- Schicht befinden mit einer Dicke von höchstens 1 nm oder höchstens 0,5 nm.
Optional befindet sich an Flanken der Leuchtdiodenchips 2 jeweils ein strahlungsdurchlässiger Verguss 6. Der Verguss 6 ist im Querschnitt dreieckartig geformt und von dem Reflektor
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5 überdeckt. An den Flanken aus den Leuchtdiodenchips 2 austretende Strahlung wird somit an dem Reflektor 5 in
Richtung hin zu dem Trägersubstrat 4 reflektiert. Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 1 ist es ebenso möglich, dass der Verguss 6 nicht zu einzelnen, voneinander getrennten Inseln um die Leuchtdiodenchips 2 herum
strukturiert ist sondern sich als durchgehende Schicht zwischen dem Trägersubstrat 4 und dem Reflektor 5 erstreckt und die Bereiche des Vergusses 6 an den Flanken als Bereiche größerer Dicke ausgebildet sind. Der Reflektor 5 und die Leiterbahnen 38 sind dann von dem Trägersubstrat 4, zumindest in einem Bereich der Anordnung der Leuchtdiodenchips 2, beabstandet .
An einer dem Trägersubstrat 4 abgewandten Seite des
Reflektors 5 ist optional eine Abdeckschicht 46 aufgebracht, beispielsweise mittels Gießen oder Pressen. Die Abdeckschicht kann ein Silikon oder ein Epoxid oder einen anderen
Kunststoff umfassen und strahlungsundurchlässig sein. Durch die Abdeckschicht 46 sind der Reflektor 5 sowie die
Leuchtdiodenchips 2 vor äußeren Einflüssen schützbar. Anders als in Figur 1 dargestellt kann es sich bei der Abdeckschicht 46 um eine dünne Schicht aus einem Lack oder einem Epoxid mit einer Dicke von wenigen Mikrometern handeln, die eine Form des Reflektors 5 nachahmt.
Optional ist an einer Vorderseite des Trägersubstrats 4 ein Konversionselement 7 angebracht. Das Konversionselement 7 ist als gleichmäßige Schicht an dem Trägersubstrat 4 angebracht. An einer dem Trägersubstrat 4 abgewandten Seite des
Konversionselements 7 befindet sich ferner optional ein weiterer Träger 4b. Das Konversionselement 7 kann dadurch
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geformt sein, dass der weitere Träger 4b an das
Trägersubstrat 4 gepresst wird, wobei sich zwischen dem
Träger 4b und dem Trägersubstrat 4 Abstandshalter befinden können .
Eine Dicke des Konversionselements 7 beträgt bevorzugt zwischen einschließlich 25 ym und 1 mm. Bei dem
Konversionselement 7 kann es sich um Leuchtstoffpartikel handeln, die in eine Silikonmatrix eingebettet sind. Ebenso kann das Konversionselement 7 durch eine Folie oder durch eine Klebefolie gebildet sein oder auch ein Keramikplättchen mit darin enthaltenem Leuchtstoff sein. Ist ein
Konversionselement 7 vorhanden, so emittiert die
Halbleiterleuchte 1 im Betrieb bevorzugt weißes Licht.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die
Leuchtdiodenchips 2 in Ausnehmungen 42 des Trägersubstrats 4 eingebettet. Die Kontakteinrichtung 3 ist durch den Reflektor 5 gebildet und erstreckt sich teilweise über die Ausnehmungen 42 hinweg, in Draufsicht auf die Montageseite 40 gesehen.
Wie in Figur 10 dargestellt, können die Leuchtdiodenchips 2 in den Ausnehmungen 42 mittels eines Klebevergusses 44 befestigt sein. Der Klebeverguss bedeckt Kanten der
Leuchtdiodenchips 2 sowie deren Oberseite 20 teilweise.
Elektrische Kontaktflächen der Leuchtdiodenchips 2 an der Oberseite 20 sind von dem Klebeverguss 44 nicht bedeckt. Die Kontakteinrichtung 3 in Form des Reflektors 5 erstreckt sich auch über den Klebeverguss 44 hinweg auf die Oberseite 20 der Leuchtdiodenchips 2. Bevorzugt befinden sich die
Leuchtdiodenchips 2 vollständig in den Ausnehmungen 42.
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Zum Beispiel ist eine Tiefe der Ausnehmungen 42 um zwischen einschließlich 10 ym und 50 ym größer als eine Dicke der Leuchtdiodenchips 2. Die Leuchtdiodenchips 2 können ungefähr 100 ym dick sein. Somit liegt die Tiefe der Ausnehmungen bevorzugt zwischen einschließlich 100 ym und 150 ym oder zwischen einschließlich 50 ym und 250 ym. Eine Breite der Ausnehmungen 42 ist bevorzugt um zwischen einschließlich 10 ym und 50 ym größer als eine zugehörige Kantenlänge der Leuchtdiodenchips 2.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 2 und gemäß Figur 10 möglich, dass ein Konversionselement 7 sowie ein weiterer Träger 4b und/oder eine Abdeckschicht 46 vorhanden sind.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 sind auf der
Montageseite 40 die Kontakteinrichtung 3 und die
Leuchtdiodenchips 2 angebracht. Die Kontakteinrichtung 3 ist bevorzugt durch ein transparentes Material gebildet, das in Form einer leitfähigen Schicht großflächig auf der
Montageseite 40 aufgebracht ist und das zu Leiterbahnen 38 strukturiert ist, vergleiche auch Figur 4. Die
Leuchtdiodenchips 2 sind beispielsweise mittels Kontaktpads 34 auf der elektrisch leitfähigen Schicht angebracht, beispielsweise mittels Löten, Kleben oder Ultraschallbonden. Der Reflektor 5, der ausgestaltet sein kann wie in Figur 1, ist in Figur 3 nicht dargestellt.
Wird in Figur 3 ein Reflektor 5 verwendet, so befindet sich zwischen der Kontakteinrichtung 3 und dem Reflektor 5 bevorzugt eine dünne Schicht eines elektrisch isolierenden Materials, insbesondere eine dünne Siliziumdioxidschicht mit einer Dicke von ungefähr 20 nm.
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Ferner ist es optional möglich, dass die leitfähige Schicht, die die Kontakteinrichtung 3 bildet, teilreflektierend für die im Betrieb der Halbleiterleuchte 1 erzeugte Strahlung ist. Hierdurch einstellbar, wie groß ein Strahlungsanteil ist, der in eine Richtung weg von dem Trägersubstrat 4 von der Halbleiterleuchte 1 emittiert wird.
In den Figuren 4A und 4B ist in einer schematischen
Draufsicht eine mögliche Formgebung der Kontaktstruktur 3 bei den Ausführungsbeispielen insbesondere gemäß der Figuren 1 und 3 dargestellt.
Gemäß Figur 4A sind schmale Leiterbahnen 38 durch
Unterbrechungen 39 von verbleibenden Teilen der
Kontakteinrichtung 3 oder des Reflektors 5 separiert. Die Leuchtdiodenchips 2 befinden sich auf oder unter jeweils zwei der Leiterbahnen 38. Die Leiterbahnen 38 bedecken einen
Flächenanteil des Trägersubstrats 4 von beispielsweise höchstens 10 % oder 5 % oder 2 %. Die verbleibenden, von den Leiterbahnen 38 separierten Teile des Reflektors 5 bedecken das Trägersubstrat 4 bevorzugt zu mindestens 80 % oder 90 % oder 95 %, mindestens in einem Bereich, in dem sich die
Anordnung der Leuchtdiodenchips 2 befindet. Die
Unterbrechungen 39 sind im Wesentlichen parallel zu einer Hauptstromrichtung in den Leiterbahnen 38 orientiert.
Gemäß Figur 4B sind die Leiterbahnen 38 großflächig
ausgeformt und jeweils durch die Unterbrechungen 39
voneinander separiert. Großflächig kann bedeuten, dass die
Leiterbahnen 38 einen Flächenanteil des Trägersubstrats 4 von beispielsweise mindestens 80 % oder 90 % oder 95 % bedecken. Die Unterbrechungen 39 sind quer, beispielsweise senkrecht
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oder näherungsweise senkrecht zu der Hauptstromrichtung in den Leiterbahnen 38 ausgerichtet. Auch hier befinden sich die Leuchtdiodenchips 2 jeweils auf zwei der Leiterbahnen 38. Eine Breite der Unterbrechungen 39 ist bevorzugt kleiner als eine mittlere Kantenlänge der Leuchtdiodenchips 2.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind an der
Montageseite 40 mindestens zwei der Leiterbahnen 38
angebracht. Die Leuchtdiodenchips 2 sind jeweils über zwei Bonddrähte 35 an den Oberseiten 20 elektrisch kontaktiert. Abweichend hiervon können die Leuchtdiodenchips 2 über jeweils eine Leiterbahn an dem Trägersubstrat 4 und mit nur einem Bonddraht 35 an der Oberseite 20 kontaktiert sein.
Anders als in Figur 5 dargestellt ist es, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, möglich, dass die
Leuchtdiodenchips 2 zu elektrisch einzeln ansteuerbaren
Gruppen zusammengefasst sind, wobei jede Gruppe bevorzugt mindestens zwei oder mindestens zehn oder mindestens 25 der Leuchtdiodenchips 2 umfasst. Hierdurch ist es möglich, dass mit der Halbleiterleuchte 1 Symbole oder Piktogramme
zeitabhängig dargestellt werden können. Bevorzugt jedoch sind alle Leuchtdiodenchips 2 elektrisch gemeinsam kontaktiert, so dass genau zwei externe elektrische Anschlüsse zur Bestromung der Halbleiterleuchte 1 vorgesehen sind. Die externen
elektrischen Anschlüsse sind in den Figuren jeweils nicht gezeichnet .
Die Leuchtdiodenchips 2 sowie die Bonddrähte 35 befinden sich gemäß Figur 5 vollständig in einem strahlungsdurchlässigen
Verguss 6. Eine dem Trägersubstrat 4 abgewandte Rückseite 60 des Vergusses 6 ist bevorzugt näherungsweise eben ausgeformt. An der Rückseite 60 ist der Reflektor 5 formschlüssig
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aufgebracht. Beispielsweise ist der Reflektor 5 dann durch eine ungefähr 100 nm bis ungefähr 200 nm dicke Silberschicht oder Aluminiumschicht gebildet. An einer dem Verguss 6 abgewandten Seite des Reflektors 5 befindet sich optional die Abdeckschicht 46, die durch eine dünne Lackschicht gebildet sein kann.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, befindet sich an einer den Leuchtdiodenchips 2 abgewandten Seite des Reflektors 5 eine Kühlvorrichtung 9. Gemäß Figur 5 ist die Kühlvorrichtung 9 durch einen
Kühlkörper gebildet. Gemäß den Figuren 6 und 7 ist die
Kühlvorrichtung 9 der Halbleiterleuchte 1 dadurch realisiert, dass ein Zwischenraum geschaffen ist, in dem ein Strom G eines Kühlmediums stattfinden kann. Bei dem Kühlmedium kann es sich um Luft handeln.
Weiterhin sind gemäß den Figuren 6 und 7 die
Leuchtdiodenchips 2 elektrisch kontaktiert, wie in Verbindung mit Figur 3 beschrieben. Die Halbleiterleuchte 1 umfasst ferner einen strahlungsdurchlässigen Verguss 6, wie in
Verbindung mit Figur 1 erläutert.
Die Halbleiterleuchte 1 gemäß Figur 7 weist ein
Trägersubstrat 4 auf, das Mikrolinsen 8 beinhaltet. Bei den
Mikrolinsen 8 kann es sich um Sammellinsen handeln. Jedem der Leuchtdiodenchips 2 ist eine der Mikrolinsen 8 nachgeordnet.
Gemäß Figur 8 befindet sich über den Oberseiten 20 der
Leuchtdiodenchips 2 die Kühlvorrichtung 9 in Form eines
Kühlkörpers. Der Kühlkörper 9 kann für eine von den
Leuchtdiodenchips 2 erzeugte Strahlung reflektierend sein. Bevorzugt jedoch befindet sich zwischen dem Kühlkörper 9 und
- -
den Leuchtdiodenchips 2 der Reflektor 5, in Figur 8 nicht gezeichnet .
Das Ausführungsbeispiel der Halbleiterleuchte 1 gemäß Figur 9 ist dazu eingerichtet, Strahlung entlang zweier
Hauptabstrahlrichtungen H zu emittieren, wobei die
Hauptabstrahlrichtungen H jeweils senkrecht zu der
Montageseite 40 orientiert sind und voneinander weg weisen. Die Kontakteinrichtung 3 ist beispielsweise gemäß Figur 3 geformt. Die Halbleiterleuchte 1 ist frei von einem
Reflektor. Zum Schutz der Leuchtdiodenchips 2 sind diese bevorzugt von der Abdeckschicht 46 umgeben. Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 9 ist es auch möglich, dass die Leuchtdiodenchips 2 in Ausnehmungen in dem Trägersubstrat 4 angebracht sind, vergleiche Figur 2.
Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass das Trägersubstrat 4 klarsichtig ist oder auch streuend für im Betrieb der Halbleiterleuchte 1 erzeugte Strahlung wirkt. Beispielsweise sind dann dem Trägersubstrat 4 und/oder dem Verguss 6 und/oder der Abdeckschicht 46
Streupartikel, beispielsweise aus Titandioxid, beigegeben. Ebenso ist es möglich, dass eine der Montageseite 40
abgewandte Vorderseite des Trägersubstrats 4 und/oder die Montageseite und/oder eine dem Trägersubstrat 4 abgewandte Seite der Abdeckschicht 46 und/oder des weiteren Trägers 4b eine Aufrauung zur Streuung und zur Verbesserung einer
Lichtauskoppeleffizienz ausgeformt ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass dem Trägersubstrat 4 und/oder der Abdeckschicht 46 und/oder dem weiteren Träger 4b das
Konversionselement 7 oder optische Filtermittel beigegeben sind .
_ -
Die Halbleiterleuchte weist, wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen, bevorzugt mindestens 100 oder
mindestens 400 der Leuchtdiodenchips 2 auf. Laterale
Abmessungen eines Bereichs, in dem die Leuchtdiodenchips 2 zweidimensional verteilt sind, betragen bevorzugt mindestens 3 x 3 cm^ oder mindestens 10 x 10 cm^ . Die Halbleiterleuchte 1 kann als Flächenstrahler und/oder als so genannte
Lichtkachel eingesetzt werden. Eine Abstrahlcharakteristik kann über das gesamte
Trägersubstrat 4 hinweg weitestgehend homogen sein, so dass die einzelnen Leuchtdiodenchips 2 von einem Betrachter nicht als Punktlichtquellen einzeln wahrgenommen werden.
Insbesondere weisen die Leuchtdiodenchips 2 eine Größe auf, beispielsweise mit Kantenlängen von kleiner 200 ym, so dass die Leuchtdiodenchips 2 vom menschlichen Auge ohne
Hilfsmittel hinsichtlich ihrer geometrischen Größe nicht auflösbar sind. Alternativ ist es möglich, dass die
Leuchtdiodenchips 2 einem Betrachter als einzelne
Punktlichtquellen erscheinen, die rasterartig angeordnet sein können .
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Claims
Patentansprüche
Halbleiterleuchte (1) mit
- mindestens einem Trägersubstrat (4) mit einer
Montageseite (40),
- einer Mehrzahl von Leuchtdiodenchips (2), die an der Montageseite (40) des Trägersubstrats (4) angebracht sind,
- einer elektrischen Kontakteinrichtung (3) , die sich mindestens mittelbar auf dem Trägersubstrat (4)
befindet und über die die Leuchtdiodenchips (2)
elektrisch kontaktiert sind,
wobei das Trägersubstrat (4) durchlässig für eine von den Leuchtdiodenchips (2) erzeugte Strahlung ist.
Halbleiterleuchte (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, die ferner einen elektrisch leitfähigen Reflektor (5) umfasst ,
wobei sich der Reflektor (5) über der Montageseite (40) abgewandte Oberseiten (20) der Leuchtdiodenchips (2) erstreckt und die Oberseiten (20) zu mindestens 60 % bedeckt, und
wobei der Reflektor (5) zu der Kontakteinrichtung (4) strukturiert ist und die Leuchtdiodenchips (2) mittels des Reflektors (5) elektrisch kontaktiert und
verschaltet sind.
Halbleiterleuchte (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Montageseite (40) in einem Montagebereich, in dem die Leuchtdiodenchips (2) angebracht sind, eben geformt ist,
wobei sich an Flanken (25) der Leuchtdiodenchips (2) ein strahlungsdurchlässiger Verguss (6) befindet, der
im Querschnitt dreieckartig geformt ist,
wobei der Reflektor (5) sich formschlüssig über den Verguss (6) erstreckt, so dass an den Flanken (25) aus den Leuchtdiodenchips (2) austretende Strahlung
mindestens zum Teil in Richtung hin zu dem
Trägersubstrat (4) reflektiert wird,
wobei der Reflektor (5) flächig auf dem Trägersubstrat (4) ausgebildet ist und durch schmale, streifenförmige Unterbrechungen (39) in voneinander elektrisch
getrennte Bereiche separiert ist,
wobei wenigstens einige oder alle dieser Bereiche
Leiterbahnen (38) zur elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiodenchips (2) ausbilden, und
wobei die Leuchtdiodenchips (2) jeweils ausschließlich über genau zwei dieser Leiterbahnen (38) elektrisch kontaktiert sind.
Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Trägersubstrat (4) an der Montageseite (40) Ausnehmungen (42) aufweist,
wobei in jeder der Ausnehmungen (42) einer oder mehrere der Leuchtdiodenchips (2) angeordnet sind, und
wobei sich der als Kontakteinrichtung (3) ausgeformte Reflektor (5) mindestens teilsweise über die
Ausnehmungen (42) erstreckt und die Leuchtdiodenchips (2) mittels des Reflektors (5) elektrisch kontaktiert und verschaltet sind.
Halbleiterleuchte (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Leuchtdiodenchips (2) in den Ausnehmungen (42) mit einem Klebeverguss (44) befestigt sind, wobei sich der Klebeverguss (44) über Kanten an den
Oberseiten (20) und teilweise über die Oberseiten (20) der Leuchtdiodenchips (2) erstreckt und die
Kontakteinrichtung (3) mindestens stellenweise auf dem Klebeverguss (44) angebracht ist.
Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem mindestens ein Teil der Leuchtdiodenchips (2) je mittels zwei Bonddrähten (35) an den Oberseiten (20) elektrisch kontaktiert ist,
wobei diese Leuchtdiodenchips (2) und die Bonddrähte (35) vollständig in einen strahlungsdurchlässigen
Verguss (6), der sich über die Montageseite (40) erstreckt, eingebettet sind.
Halbleiterleuchte (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem auf einer dem Trägersubstrat (4) abgewandten Rückseite (60) des Vergusses (6) der Reflektor (5) formschlüssig aufgebracht ist.
Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Montageseite (40) des Trägersubstrats (4) großflächig mit einer strahlungsdurchlässigen,
elektrisch leitfähigen Schicht (38) versehen ist, wobei in die leitfähige Schicht (38) Leiterbahnen der
Kontakteinrichtung (3) strukturiert sind und die
Leuchtdiodenchips (2) auf der leitfähigen Schicht (38) angebracht sind.
Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens 100 der Leuchtdiodenchips (2) umfasst, wobei die Leuchtdiodenchips (2) in einer
zweidimensionalen Anordnung auf der Montageseite (40) angebracht sind und ein mittlerer Abstand (d) zwischen benachbarten Leuchtdiodenchips (2) mindestens ein 2,5- Faches einer mittleren Kantenlänge der
Leuchtdiodenchips (2) beträgt und die mittlere
Kantenlänge zwischen einschließlich 50 ym und 1,5 mm liegt .
Halbleiterleuchte (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der mittlere Abstand (d) zwischen
einschließlich 0,5 mm und 15 mm liegt.
Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich an einer Vorderseite des Trägersubstrats (4), wobei die Vorderseite der Montageseite (40) gegenüber liegt, ein Konversionselement (7) befindet, das sich durchgehend und flächig und mit einer
konstanten Dicke über einen Bereich erstreckt, in dem die Leuchtdiodenchips (2) verteilt sind, in Draufsicht auf die Vorderseite gesehen,
wobei sich das Konversionselement (7) zwischen dem Trägersubstrat (4) und einem weiteren Träger (4b) befindet .
Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Trägersubstrat (4) und/oder der weitere Träger (4a) Mikrolinsen (8) umfasst,
wobei jedem der Leuchtdiodenchips (2) genau eine der Mikrolinsen (8) des Trägersubstrats (4) und/oder des weiteren Trägers (4a) zugeordnet ist.
13. Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die Leuchtdiodenchips (2) zwischen dem Trägersubstrat (4) und einer strahlungsdurchlässigen Abdeckschicht (46) befinden,
wobei die Halbleiterleuchte (1) dazu eingerichtet ist, die von den Leuchtdiodenchips (2) erzeugte Strahlung an zwei einander gegenüber liegenden Hauptseiten zu emittieren .
14. Halbleiterleuchte (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
die mindestens eine Kühlvorrichtung (9) umfasst, die sich an einer der Montageseite (40) abgewandten Seite der Leuchtdiodenchips (2) befindet, wobei zwischen der Kühlvorrichtung (9) und den Leuchtdiodenchips (2) der Reflektor (5) angeordnet ist.
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