WO2016012232A1 - Beleuchtungsmodul - Google Patents

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WO2016012232A1
WO2016012232A1 PCT/EP2015/065475 EP2015065475W WO2016012232A1 WO 2016012232 A1 WO2016012232 A1 WO 2016012232A1 EP 2015065475 W EP2015065475 W EP 2015065475W WO 2016012232 A1 WO2016012232 A1 WO 2016012232A1
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WO
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mounting body
radiation
lighting module
module according
semiconductor devices
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PCT/EP2015/065475
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English (en)
French (fr)
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Tony Albrecht
Tamas Lamfalusi
Roland Schulz
Frank Singer
Matthias Sabathil
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Publication date
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W74/00—Encapsulations, e.g. protective coatings

Definitions

  • the present application relates to a lighting module.
  • LEDs light-emitting diodes
  • circuit board Due to the efficient generation of radiation, bulbs based on light-emitting diodes (LEDs) are increasingly being used for general lighting. For example, individual LEDs can be mounted in a row on a circuit board.
  • the emission characteristic can be influenced and shaped by additional components such as lenses or reflectors. However, this results in a
  • One object is to provide a lighting module that is simple and inexpensive to produce and at the same time has a high homogeneity in the luminance distribution.
  • the illumination module has a mounting body which extends between a rear side and a front side opposite the rear side.
  • the mounting body is permeable in particular for radiation in the visible spectral range.
  • the illumination module has a plurality of
  • the semiconductor components each have at least one semiconductor chip provided for generating radiation.
  • the mounting body has a plurality of recesses on the rear side, in which the semiconductor components
  • each recess is arranged.
  • exactly one semiconductor component is arranged in each recess.
  • the semiconductor devices are completely disposed within the recesses. The arranged in the recesses
  • the radiation generated in the semiconductor components can enter via the side surfaces and / or a bottom surface of the recesses in the mounting body and at the front of the
  • a contact layer is arranged on the rear side of the mounting body.
  • the contact layer is for electrical
  • the semiconductor devices by means of the contact layer in a series circuit, a
  • the contact layer is in particular adjacent to the Mounting body on.
  • the contact layer is a deposited on the mounting body layer.
  • the contact layer is especially for in the
  • Semiconductor devices generated radiation reflective.
  • An element or a material is in the context of the present application, in particular as reflective
  • contact paths are formed by means of the contact layer, which interconnect adjacently arranged semiconductor components to one another in an electrically conductive manner.
  • the contact layer can cover the back of a large area, for example, with a degree of coverage of at least 50%.
  • the contact layer and the recesses are, for example, in plan view of the back of the mounting body
  • the contact layer does not extend into the recesses of the
  • the semiconductor components are electrically conductively connected to the contact layer via connecting lines.
  • each semiconductor device is electrically conductively connected to the contact layer via exactly two connection lines.
  • the lighting module is on the back of the mounting body a
  • the reflector layer arranged.
  • the reflector layer is
  • the reflector layer is formed diffuse reflective.
  • the reflector layer is formed, for example, spaced from the semiconductor devices.
  • the reflector layer does not directly adjoin the semiconductor components at any point.
  • the reflector layer does not directly adjoin the semiconductor components at any point.
  • Reflector layer formed electrically insulating.
  • the reflector layer contains a polymer material which is mixed with the reflectance-increasing particles.
  • the reflector layer covers the recesses at least partially.
  • the reflector layer can completely cover the recesses.
  • Reflector layer can be in single, not with each other
  • each recess is associated with exactly one subarea.
  • the reflector layer can also extend continuously over two or more recesses and in particular completely or substantially completely cover the rear side of the mounting body, for example with a degree of coverage of at least 90%.
  • the illumination module has a mounting body and a plurality of semiconductor components which are provided for generating radiation.
  • the mounting body extends between a back and one of the back
  • the mounting body has a plurality of recesses in which the semiconductor components are arranged.
  • the mounting body is transparent to the radiation generated in the semiconductor devices and the radiation exits at the front of the mounting body.
  • a contact layer is arranged, with which the
  • a reflector layer is arranged, at least the
  • Reflector layer and the contact layer the entire portion of the back surface, which extends within an outer border around the outermost semiconductor components of the lighting module.
  • Assembly body at best in edge areas not covered by a reflective material.
  • gaps between the semiconductor components and the mounting body are at least partially with a
  • the radiation-permeable envelope contains a
  • Polymer material such as a silicone or an epoxy.
  • the envelope adjacent at least in places to the side surfaces of the recesses of the mounting body.
  • the reflector layer on the side facing away from the front of the mounting body side of the envelope to the enclosure.
  • the wrapper adjoins, for example, the connecting lines.
  • the envelope can completely cover the connecting lines in plan view of the rear side of the mounting body.
  • the semiconductor components are unhoused semiconductor chips. The semiconductor components themselves therefore do not have the
  • the unhoused semiconductor chips are over
  • the semiconductor chips each have a
  • the substrate contains sapphire or silicon carbide.
  • the semiconductor chip during operation of the semiconductor chip at least a part of the
  • Mounting body For example, at least 50% or at least 70% of the radiation generated in the semiconductor chip exits the semiconductor chip through the substrate.
  • the mounting body of the mounting body is elongated.
  • a front side of the mounting body is curved at least in places. For example, the entire
  • Mounting body in plan view of the front convexly curved or concave curved.
  • the front side of the mounting body is curved in a cross section which is perpendicular to the longitudinal direction of the
  • Lighting module runs. For example, both the front and the back are curved.
  • the mounting body has a basic shape of a pipe segment.
  • the mounting body has the basic shape of a half pipe.
  • the term pipe does not imply any
  • the mounting body can be attached to each
  • At least substantially the same thickness for example with a maximum deviation of at most 20%.
  • the mounting body has a basic shape of a cylinder segment.
  • the front of the mounting body is curved and the back of the mounting body level
  • Such a mounting body can fulfill the function of a cylindrical lens.
  • the illumination module is located in a beam path between the
  • the radiation conversion material is for the at least partial conversion of a primary radiation generated by the semiconductor devices with a first peak wavelength in
  • Radiation conversion material may be one or more
  • Contain phosphors that produce radiation in the red, yellow, green or blue spectral range Contain phosphors that produce radiation in the red, yellow, green or blue spectral range.
  • the primary radiation lies in the blue spectral range and the secondary radiation in the yellow spectral range, so that the illumination module emits radiation that appears wholly white to the human eye.
  • the radiation conversion material is arranged, for example, at a distance from the semiconductor components. That is, the radiation conversion material does not border at any point
  • Semiconductor devices and the radiation conversion material at least 10% of the center distance between two adjacent semiconductor devices, in particular between the two nearest semiconductor devices.
  • the minimum distance is between 10% and 80% inclusive of the center distance. The bigger the
  • the minimum distance between the semiconductor devices and the radiation conversion material with respect to the pitch between adjacent semiconductor devices is the more a homogeneous luminance distribution and / or a uniform color impression is easier to achieve.
  • the lighting module has at the front of the
  • the radiation-transmissive body forms in particular the
  • the radiation-transmissive body is formed as a tubular segment-like body which encloses the mounting body on the radiation exit surface facing side of the mounting body.
  • the radiation-transmissive body is thus arranged relative to the mounting body such that each beam path extends from the semiconductor components to the radiation exit surface through the radiation-transmissive body.
  • the conversion material is arranged between the mounting body and the radiation-transmissive body.
  • Radiation exit surface arranged spatially spaced.
  • the radiation conversion material is on the
  • radiolucent body applied.
  • Radiation-permeable body protects that
  • Radiation exit surface on a roughening is designed such that in the switched-off state of the lighting module the
  • radiation-transmissive body through the human eye is not or at least diminished perceptible.
  • the mounting body has a direction perpendicular to the
  • the mounting body contains a glass or consists of a glass.
  • a mounting body is simple and
  • the illumination module is designed for insertion into a socket for a fluorescent tube.
  • the lighting module is therefore intended to replace a fluorescent tube, without requiring modifications to the mechanical Attachment mechanism must be made.
  • Such LED-based lighting modules which replace conventional lamps, in particular incandescent lamps and discharge lamps, are also referred to as "retrofit.”
  • the lighting module is a substitute for a T8 fluorescent tube, a T5 fluorescent tube or a T2 fluorescent tube
  • the arrangement of the semiconductor devices in a radiation-transmissive mounting body containing, for example, a glass can be dispensed with the use of printed circuit boards.
  • the mounting body thus serves as
  • the mounting body in contrast to a printed circuit board additionally effect a targeted shaping of the radiation pattern and
  • a reflector or a lens fulfill the function of a reflector or a lens. Additional optical elements for shaping the emission characteristic can be dispensed with.
  • the radiated through the mounting body radiation can continue to be achieved in a simple manner, a particularly homogeneous luminance distribution, so that the individual semiconductor components are not perceived by the human eye or at least only diminished as a single, spaced-apart light sources.
  • Semiconductor devices in the form of unhoused semiconductor chips with a radiation-transmissive substrate may further be a particularly high proportion of radiation on the side surfaces of the Recesses of the mounting body are coupled into this.
  • the homogeneity of the luminance distribution can be increased even further.
  • different power classes for the lighting module in a simple manner by different distances of the semiconductor devices and / or a
  • the lighting module is still very compact and inexpensive to produce. Further features, embodiments and expediencies will become apparent from the following description of
  • FIG. 1A shows a first exemplary embodiment of a lighting module in a schematic sectional view
  • Illumination module with LEDs arranged on a printed circuit board, the illustration being analogous to FIGS. 1B
  • Figure 2A shows a second embodiment of a
  • Illumination module in schematic sectional view
  • FIG. 2B shows associated simulation results for the angle-dependent intensity distribution along a
  • Figure 3A shows a third embodiment of a
  • Illumination module in schematic sectional view; Figures 3B and 3C associated simulation results for the distribution of illuminance I as a contour line diagram ( Figure 3B) and as a function along the
  • Figures 4A and 4B show a fourth embodiment of a lighting module in a schematic sectional view (Figure 4A) and in plan view ( Figure 4B).
  • the lighting module 1 has a mounting body 3 extending in a vertical direction between a front side 30 and a rear side 31 extends. On the back 31, the mounting body has a plurality of recesses 35.
  • the illumination module 1 furthermore comprises a plurality of semiconductor components 2.
  • the semiconductor components 2 are each arranged in one of the recesses 35. In particular, the semiconductor devices 2 preferably do not project beyond the rear side 31 in a vertical direction.
  • Semiconductor devices 2 each have a first
  • Pad 21 and a second pad 22 for electrically contacting the semiconductor devices are on the front side 30 of the mounting body 3
  • Contact layer 5 is formed.
  • the semiconductor components 2 are connected via connecting lines 55, such as bonding wires, electrically conductively connected to the contact layer.
  • the contact layer 5 forms between
  • the semiconductor components 2 can thus be electrically interconnected in series in a simple manner.
  • Semiconductor devices 2 may also be connected in parallel.
  • the semiconductor components 2 are surrounded by a cladding 7.
  • the enclosure fills gaps 32 between the semiconductor devices 2 and the mounting body 3.
  • the enclosure is designed to be transparent to radiation.
  • the sheath 7 contains a polymeric material, such as an epoxy or a silicone.
  • the cladding completely covers the semiconductor components 2 in plan view of the rear side 31.
  • the connection lines 55 are embedded in the enclosure.
  • the illumination module 1 has a reflector layer 6 on the rear side of the mounting body 3.
  • the reflector layer is divided in the lateral direction, that is to say along a main extension plane of the mounting body 3, into individual, mutually spaced partial regions.
  • Reflector layer 6 cover each one of the recesses 35 completely.
  • the reflector layer does not directly adjoin the semiconductor components 2 at any point. Between the reflector layer and the semiconductor devices is the
  • the reflector layer 6 adjoins the enclosure on the side of the enclosure facing away from the front side 30 of the mounting body 31.
  • the lighting module 1 also has a
  • Radiation conversion material 4 is of the
  • the mounting body 3 is arranged between the semiconductor components 2 and the radiation conversion material 3. The radiation generated by the semiconductor devices 2 thus passes through the mounting body 3, before they on the
  • Radiation conversion material impinges. This can be a particularly homogeneous color impression can be achieved. In the embodiment shown, this is
  • Deviating from the radiation conversion material 4 may for example be arranged between the semiconductor devices 2 and the mounting body 3, for example on the side surfaces 350 and / or on a bottom surface 351 of the recesses 35.
  • the mounting body 3 may for example on the side surfaces 350 and / or on a bottom surface 351 of the recesses 35.
  • Radiation conversion material 4 may also be formed by means of phosphors, which are in the enclosure 7 of the
  • Semiconductor device 2 are embedded.
  • the mounting body 3 is for those of the
  • the mounting body 3 contains a glass or consists of a glass.
  • Enclosure 7 are coupled into the mounting body 3 and exit at the front 30 of the mounting body.
  • Radiation conversion material converts part of the primary radiation generated by the semiconductor devices 2 partially into secondary radiation, so that the illumination module Mixed radiation, for example, produces white appearing mixed radiation for the human eye.
  • the semiconductor device 2 emits in the blue spectral range and the radiation conversion material converts this radiation
  • the radiation conversion material contains, for example, a phosphor which is embedded in a matrix material, for example a polymer material.
  • Radiation conversion material 4 may also contain more than one phosphor, the phosphors emitting, for example, radiation in mutually different spectral ranges, for example in the red, green and / or yellow spectral range. In the embodiment shown, the radiation conversion material 4 forms a
  • the contact layer 5 is preferably for in the
  • the contact layer 5 contains a metal, such as silver.
  • a metal such as silver.
  • Silver is characterized by a
  • the reflector layer 6 has, for example
  • the particles contain titanium oxide, zirconium oxide or aluminum oxide.
  • the reflector layer 6 and the contact layer 5 are formed so that they are formed over a large area on the back 31 of the mounting body and prevent radiation leakage on this side.
  • the cover Reflector layer and the contact layer together at least 90%, more preferably at least 95% of the back of the mounting body with reflective material.
  • the reflector layer and the contact layer cover the entire portion of the back, which is within an outer border around the outermost semiconductor components of the
  • Lighting module runs.
  • the semiconductor devices 2 may be arranged in a row. By way of example, all semiconductor components 2 are adjacent to one another along a longitudinal direction of extension
  • the semiconductor components can also be planar, for example, in the form of a matrix, on the
  • Mounting body 3 may be arranged.
  • Semiconductor devices 2 is preferably between 5 mm and 50 mm inclusive, preferably between 20 mm and 40 mm inclusive.
  • the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the semiconductor devices 2 are preferably formed as unhoused semiconductor chips. Furthermore, the
  • Semiconductor devices 2 preferably one
  • Illuminance distribution can be achieved in a simple manner. Deviating from this, however, can also
  • FIGS. 1B and 1C show simulation results of a distribution of illuminance I in arbitrary units. The x-axis runs along one
  • the simulations is an arrangement with eight unhoused
  • FIG. 1B is a contour plot of the
  • Illuminance distribution shown wherein a region of highest illuminance 91 is surrounded by the innermost contour line.
  • the simulations prove that due to the light distribution in the mounting body 3 in the
  • Illuminance distribution can thus be achieved without an additional optical element.
  • Figures 1D and IE show analog simulation results for an array of
  • semiconductor devices wherein the semiconductor chips are each mounted in a surface mountable housing, shown, wherein the semiconductor devices on a
  • the second exemplary embodiment illustrated in FIG. 2A essentially corresponds to the first exemplary embodiment described in conjunction with FIG. 1A.
  • the mounting body 3 is formed in the shape of a pipe segment 38.
  • the front 30 and the back 31 of the mounting body 3 are each curved. In plan view of the front side 30, the front side is concavely curved.
  • the back 31 of the mounting body is by means of
  • Reflector layer 6 and the contact layer 5 formed reflective. In the illustrated in Figure 2A
  • the reflector layer extends over the entire surface of the back 31. Also in a
  • the contact layer 5 in this embodiment can cover a large area, the back 31 of the mounting body 3.
  • the reflector layer 6 also only in
  • Region of the recesses 35 may be formed.
  • the front side 30 and the back side 31 may have, for example, the shape of a cross section
  • Circular segments an elliptical segment or a parabola.
  • the shape of the mounting body is the
  • Embodiment meets the mounting body 3 in addition to its function as a mechanical support so also the
  • the full half width of the angular distribution in the transverse direction is 118.7 ° and in
  • the third exemplary embodiment illustrated in FIG. 3A essentially corresponds to the second exemplary embodiment described in conjunction with FIG. 2A.
  • the mounting body 3 has the basic shape of a cylinder segment 39. Such a mounting body 3 acts as a cylindrical lens.
  • Illuminance distribution in the longitudinal extension direction which drops only toward the edge of the illumination module 1.
  • the fourth exemplary embodiment illustrated in FIG. 4A substantially corresponds to the third exemplary embodiment described in conjunction with FIG. 3A.
  • the lighting module 1 has a
  • the radiation-transmissive body contains a glass or consists of a glass.
  • the radiation-transmissive body is embodied and arranged relative to the mounting body 3 such that radiation generated in the semiconductor components 2 must pass through the radiation-transmissive body 8 before it can emerge from the radiation exit surface 11 of the illumination module.
  • An inner surface 81 of the radiation-transmissive body 8 is adapted to the front side 30 of the mounting body, that between the
  • Mounting body 3 and the radiation-transmissive body 8 no gap or at least only a small gap adjusts.
  • the gap may be filled with a filler material (not explicitly shown in the figures).
  • the radiation-transmissive body 8 is formed as a half-pipe, the one as a half-cylinder
  • the radiation conversion material 4 is between the
  • the radiation-transmissive body 8 thus protects the radiation conversion material 4 from mechanical stress. The danger of scratching the
  • FIG. 4B shows a plan view of the semiconductor component 2 schematically.
  • the contact layer 5 forms contact tracks between adjacent semiconductor components 2 in each case 51.
  • the semiconductor devices 2 are thus connected in a simple manner to each other electrically in series.
  • the contact layer 5 is formed so that it covers the back 31 of the mounting body 3 over a large area.
  • the contact layer 5 can furthermore also adjoin the radiation-transmissive body 8 in regions.
  • the reflector layer 6 can be
  • radiopaque body 8 a roughening 85 on.
  • Luminance distribution can be further increased. Furthermore, the roughening 85 causes that
  • radiation-transmissive body 8 through in the off state of the lighting module is not or only
  • a mounting body 3 which is simple and inexpensive to produce, for example, a glass body formed by extrusion can be equipped with the semiconductor components 2.
  • the contact layer 5 By means of the contact layer 5, the mounting body 3 thus both as a mechanical carrier and for the electrical
  • the lighting module can be provided, for example, to replace a fluorescent tube.
  • the lighting module 1 for insertion into a socket of a
  • Fluorescent tube formed For example, that can
  • Illumination module the outer shape of a fluorescent tube, in particular a T2, T5 or T8 fluorescent tube

Landscapes

  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Es wird ein Beleuchtungsmodul (1) mit einem Montagekörper (3), der sich zwischen einer Rückseite (31) und einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite (30) erstreckt, und mit einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (2), die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sind, angegeben, wobei - der Montagekörper an der Rückseite eine Mehrzahl von Ausnehmungen (35) aufweist, in denen die Halbleiterbauelemente angeordnet sind, - der Montagekörper für die in den Halbleiterbauelementen erzeugte Strahlung durchlässig ist und die Strahlung an der Vorderseite des Montagekörpers austritt, - auf der Rückseite des Montagekörpers eine Kontaktschicht (5) angeordnet ist, mit der die Halbleiterbauelemente über Verbindungsleitungen elektrisch leitend verbunden sind, und - auf der Rückseite des Montagekörpers eine Reflektorschicht (6) angeordnet ist, die zumindest die Ausnehmungen vollständig überdeckt.

Description

Beschreibung
Beleuchtungsmodul Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Beleuchtungsmodul.
Aufgrund der effizienten Strahlungserzeugung finden für die Allgemeinbeleuchtung vermehrt Leuchtmittel auf der Basis von Leuchtdioden (LEDs) Anwendung. Beispielsweise können einzelne LEDs in einer Reihe auf einer Leiterplatte montiert werden.
Die Abstrahlcharakteristik kann durch zusätzliche Komponenten wie zum Beispiel Linsen oder Reflektoren beeinflusst und geformt werden. Dadurch ergibt sich jedoch ein
vergleichsweise aufwändiger Aufbau, was mit hohen
Herstellungskosten verbunden ist.
Eine Aufgabe ist es, ein Beleuchtungsmodul anzugeben, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und gleichzeitig eine hohe Homogenität in der Leuchtdichteverteilung aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Beleuchtungsmodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und
Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen
Patentansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist das Beleuchtungsmodul einen Montagekörper auf, der sich zwischen einer Rückseite und einer der Rückseite gegenüber liegenden Vorderseite erstreckt. Der Montagekörper ist insbesondere für Strahlung im sichtbaren Spektralbereich durchlässig ausgebildet. Im Betrieb des Beleuchtungsmoduls tritt die im Beleuchtungsmodul erzeugte Strahlung
insbesondere an der Vorderseite des Montagekörpers aus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist das Beleuchtungsmodul eine Mehrzahl von
Halbleiterbauelementen auf, die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sind. Beispielsweise erzeugen die
Halbleiterbauelemente im Betrieb Strahlung im ultravioletten, im sichtbaren oder im infraroten Spektralbereich.
Beispielsweise weisen die Halbleiterbauelemente jeweils zumindest einen zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist der Montagekörper an der Rückseite eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, in denen die Halbleiterbauelemente
angeordnet sind. Insbesondere ist in jeder Ausnehmung genau ein Halbleiterbauelement angeordnet. Beispielsweise sind die Halbleiterbauelemente vollständig innerhalb der Ausnehmungen angeordnet. Die in den Ausnehmungen angeordneten
Halbleiterbauelemente ragen also nicht über die Rückseite des Montagekörpers hinaus. Im Betrieb des Beleuchtungsmoduls kann die in den Halbleiterbauelementen erzeugte Strahlung über die Seitenflächen und/oder eine Bodenfläche der Ausnehmungen in den Montagekörper eintreten und an der Vorderseite des
Montagekörpers austreten. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls ist auf der Rückseite des Montagekörpers eine Kontaktschicht angeordnet. Die Kontaktschicht ist zur elektrischen
Kontaktierung der Halbleiterbauelemente vorgesehen.
Beispielsweise sind die Halbleiterbauelemente mittels der Kontaktschicht in einer Serienschaltung, einer
Parallelschaltung oder einer Kombination aus einer
Serienschaltung und einer Parallelschaltung miteinander verbunden. Die Kontaktschicht grenzt insbesondere an den Montagekörper an. Beispielsweise ist die Kontaktschicht eine auf dem Montagekörper abgeschiedene Schicht.
Die Kontaktschicht ist insbesondere für die in den
Halbleiterbauelementen erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildet. Ein Element oder ein Material wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung insbesondere als reflektierend
angesehen, wenn es eine Reflektivität von mindestens 60 % für die Peak-Wellenlänge der von den Halbleiterbauelementen erzeugten Strahlung aufweist.
Beispielsweise sind mittels der Kontaktschicht Kontaktbahnen gebildet, die benachbart angeordnete Halbleiterbauelemente elektrisch leitend miteinander verbinden. In Draufsicht auf die Rückseite des Montagekörpers kann die Kontaktschicht die Rückseite großflächig bedecken, beispielsweise mit einem Bedeckungsgrad von mindestens 50 %.
Die Kontaktschicht und die Ausnehmungen sind beispielsweise in Draufsicht auf die Rückseite des Montagekörpers
überlappungsfrei nebeneinander angeordnet. Die Kontaktschicht erstreckt sich also nicht in die Ausnehmungen des
Montagekörpers hinein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls sind die Halbleiterbauelemente über Verbindungsleitungen elektrisch leitend mit der Kontaktschicht verbunden.
Beispielsweise sind die Verbindungsleitungen als Bonddrähte ausgebildet. Zum Beispiel ist jedes Halbleiterbauelement über genau zwei Verbindungsleitungen mit der Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls ist auf der Rückseite des Montagekörpers eine
Reflektorschicht angeordnet. Die Reflektorschicht ist
insbesondere für die von den Halbleiterbauelementen im
Betrieb erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildet.
Beispielsweise ist die Reflektorschicht diffus reflektierend ausgebildet. Die Reflektorschicht ist beispielsweise von den Halbleiterbauelementen beabstandet ausgebildet. Insbesondere grenzt die Reflektorschicht an keiner Stelle unmittelbar an die Halbleiterbauelemente an. Beispielsweise ist die
Reflektorschicht elektrisch isolierend ausgebildet. Zum
Beispiel enthält die Reflektorschicht ein Polymer-Material, das mit die Reflektivität steigernden Partikeln versetzt ist. Die Reflektorschicht überdeckt die Ausnehmungen zumindest bereichsweise. Insbesondere kann die Reflektorschicht die Ausnehmungen auch vollständig überdecken. Die
Reflektorschicht kann in einzelne, nicht miteinander
zusammenhängende Teilbereiche unterteilt sein. Beispielsweise ist jeder Ausnehmung genau ein Teilbereich zugeordnet.
Alternativ kann sich die Reflektorschicht auch durchgängig über zwei oder mehr Ausnehmungen erstrecken und insbesondere die Rückseite des Montagekörpers auch vollständig oder im Wesentlichen vollständig überdecken, beispielsweise mit einem Bedeckungsgrad von mindestens 90 %.
In mindestens einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist das Beleuchtungsmodul einen Montagekörper und eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen, die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sind, auf. Der Montagekörper erstreckt sich zwischen einer Rückseite und einer der Rückseite
gegenüber liegenden Vorderseite. An der Rückseite weist der Montagekörper eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, in denen die Halbleiterbauelemente angeordnet sind. Der Montagekörper ist für die in den Halbleiterbauelementen erzeugte Strahlung durchlässig und die Strahlung tritt an der Vorderseite des Montagekörpers aus. Auf der Rückseite des Montagekörpers ist eine Kontaktschicht angeordnet, mit der die
Halbleiterbauelemente über Verbindungsleitungen elektrisch leitend verbunden sind. Auf der Rückseite des Montagekörpers ist eine Reflektorschicht angeordnet, die zumindest die
Ausnehmungen vollständig überdeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls bedecken die Reflektorschicht und die Kontaktschicht
gemeinsam mindestens 90 % der Rückseite des Montagekörpers mit reflektierendem Material. Mit anderen Worten befindet sich auf der Rückseite des Montagekörpers auf mindestens 90 % der Fläche entweder die Reflektorschicht oder die
Kontaktschicht oder sowohl die Reflektorschicht als auch die Kontaktschicht. Beispielsweise überdecken die
Reflektorschicht und die Kontaktschicht den gesamten Anteil der Rückseite, der innerhalb einer äußeren Umrandung um die äußersten Halbleiterbauelemente des Beleuchtungsmoduls verläuft. Mit anderen Worten ist die Rückseite des
Montagekörpers allenfalls in Randbereichen nicht von einem reflektierenden Material bedeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls sind Zwischenräume zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Montagekörper zumindest teilweise mit einer
strahlungsdurchlässigen Umhüllung gefüllt. Beispielsweise enthält die strahlungsdurchlässige Umhüllung ein
Polymermaterial, etwa ein Silikon oder ein Epoxid.
Zum Beispiel grenzt die Umhüllung zumindest stellenweise an die Seitenflächen der Ausnehmungen des Montagekörpers an. Zum Beispiel grenzt die Reflektorschicht auf der der Vorderseite des Montagekörpers abgewandten Seite der Umhüllung an die Umhüllung an. Die Umhüllung grenzt beispielsweise an die Verbindungsleitungen an. Insbesondere kann die Umhüllung die Verbindungsleitungen in Draufsicht auf die Rückseite des Montagekörpers vollständig überdecken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls sind die Halbleiterbauelemente ungehäuste Halbleiterchips. Die Halbleiterbauelemente selbst weisen also kein den
jeweiligen Halbleiterchip umgebendes Gehäuse auf.
Insbesondere sind die ungehäusten Halbleiterchips über
Verbindungsleitungen in Form von Bonddrähten mit der
Kontaktschicht elektrisch leitend verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weisen die Halbleiterchips jeweils ein
strahlungsdurchlässiges Substrat auf. Beispielsweise enthält das Substrat Saphir oder Siliziumcarbid. Beispielsweise tritt im Betrieb des Halbleiterchips zumindest ein Teil der
Strahlung aus dem Halbleiterchip durch das Substrat aus und tritt über Seitenflächen der Ausnehmungen in den
Montagekörper ein. Zum Beispiel tritt mindestens 50 % oder mindestens 70 % der im Halbleiterchip erzeugten Strahlung durch das Substrat aus dem Halbleiterchip aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Montagekörpers ist der Montagekörper länglich ausgebildet. Zum Beispiel ist die Ausdehnung des Montagekörpers entlang einer
Längserstreckungsrichtung mindestens fünf Mal oder mindestens zehn Mal so groß wie eine maximale Ausdehnung in einem senkrecht dazu verlaufenden Querschnitt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls verläuft eine Vorderseite des Montagekörpers zumindest stellenweise gekrümmt. Zum Beispiel ist die gesamte
Vorderseite oder zumindest ein Teil der Vorderseite des
Montagekörpers in Draufsicht auf die Vorderseite konvex gekrümmt oder konkav gekrümmt. Insbesondere verläuft die Vorderseite des Montagekörpers in einem Querschnitt gekrümmt, der senkrecht zu der Längserstreckungsrichtung des
Beleuchtungsmoduls verläuft. Beispielsweise sind sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite gekrümmt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist der Montagekörper eine Grundform eines Rohrsegments auf. Beispielsweise hat der Montagekörper die Grundform eines Halbrohres. Der Begriff Rohr impliziert hierbei keine
Einschränkung auf einen Querschnitt mit kreissegmentförmigen Innenflächen und/oder Außenflächen. Die Innenflächen und/oder die Außenflächen können im Querschnitt zum Beispiel
stellenweise auch parabelförmig oder elliptisch geformt sein. In Draufsicht auf die Vorderseite des Montagekörpers ist dieser konvex gekrümmt. Der Montagekörper kann an jeder
Stelle senkrecht zur Vorderseite dieselbe Dicke oder
zumindest im Wesentlichen dieselbe Dicke, beispielsweise mit einer maximalen Abweichung von höchstens 20 %, aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist der Montagekörper eine Grundform eines Zylindersegments auf. Beispielsweise ist die Vorderseite des Montagekörpers gekrümmt und die Rückseite des Montagekörpers eben
ausgebildet. Ein derartiger Montagekörper kann die Funktion einer Zylinderlinse erfüllen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls befindet sich in einem Strahlenpfad zwischen den
Halbleiterbauelementen und einer Strahlungsaustrittsfläche des Beleuchtungsmoduls ein Strahlungskonversionsmaterial. Das Strahlungskonversionsmaterial ist zur zumindest teilweisen Umwandlung einer von den Halbleiterbauelementen erzeugten Primärstrahlung mit einer ersten Peak-Wellenlänge in
Sekundärstrahlung mit einer von der ersten Peak-Wellenlänge verschiedenen zweiten Peak-Wellenlänge vorgesehen. Das
Strahlungskonversionsmaterial kann einen oder mehrere
Leuchtstoffe enthalten, die Strahlung im roten, gelben, grünen oder blauen Spektralbereich erzeugen. Beispielsweise liegen die Primärstrahlung im blauen Spektralbereich und die Sekundärstrahlung im gelben Spektralbereich, so dass das Beleuchtungsmodul insgesamt für das menschliche Auge weiß erscheinende Strahlung abstrahlt.
Das Strahlungskonversionsmaterial ist beispielsweise von den Halbleiterbauelementen beabstandet angeordnet. Das heißt, das Strahlungskonversionsmaterial grenzt an keiner Stelle
unmittelbar an die Halbleiterbauelemente an.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls beträgt ein minimaler Abstand zwischen den
Halbleiterbauelementen und dem Strahlungskonversionsmaterial mindestens 10 % des Mittenabstands zwischen zwei benachbarten Halbleiterbauelementen, insbesondere zwischen den zwei jeweils nächst gelegenen Halbleiterbauelementen. Zum Beispiel beträgt der minimale Abstand zwischen einschließlich 10 % und einschließlich 80 % des Mittenabstands. Je größer der
minimale Abstand zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Strahlungskonversionsmaterial bezogen auf den Mittenabstand zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen ist, desto einfacher ist eine homogene Leuchtdichteverteilung und/oder ein gleichmäßiger Farbeindruck erzielbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist das Beleuchtungsmodul an der Vorderseite des
Montagekörpers einen strahlungsdurchlässigen Körper auf. Der strahlungsdurchlässige Körper bildet insbesondere die
Strahlungsaustrittsfläche des Beleuchtungsmoduls.
Beispielsweise ist der strahlungsdurchlässige Körper als ein rohrsegmentartiger Körper ausgebildet, der den Montagekörper auf der der Strahlungsaustrittsfläche zugewandten Seite des Montagekörpers umschließt.
Der strahlungsdurchlässige Körper ist also so relativ zum Montagekörper angeordnet, dass jeder Strahlenpfad von den Halbleiterbauelementen zur Strahlungsaustrittsfläche durch den strahlungsdurchlässigen Körper verläuft.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls ist das Konversionsmaterial zwischen dem Montagekörper und dem strahlungsdurchlässigen Körper angeordnet. Das
Strahlungskonversionsmaterial ist also sowohl von den
Halbleiterbauelementen als auch von der
Strahlungsaustrittsfläche räumlich beabstandet angeordnet. Zum Beispiel ist das Strahlungskonversionsmaterial auf die
Vorderseite des Montagekörpers oder auf eine dem
Montagekörper zugewandten Innenseite des
strahlungsdurchlässigen Körpers aufgebracht. Der
strahlungsdurchlässige Körper schützt das
Strahlungskonversionsmaterial vor einer äußeren mechanischen
Belastung. Die Gefahr eines Verkratzens des
Strahlungskonversionsmaterials und einer daraus resultierenden lokal reduzierten Strahlungskonversion ist so auf einfache Weise vermieden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist der strahlungsdurchlässige Körper an der
Strahlungsaustrittsfläche eine Aufrauung auf. Insbesondere ist die Aufrauung so ausgebildet, dass im ausgeschalteten Zustand des Beleuchtungsmoduls das
Strahlungskonversionsmaterial durch den
strahlungsdurchlässigen Körper hindurch vom menschlichen Auge nicht oder zumindest nur vermindert wahrnehmbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls weist der Montagekörper entlang einer senkrecht zur
Längserstreckungsrichtung des Montagekörpers verlaufenden Richtung eine maximale Ausdehnung auf, die mindestens 20 % und höchstens 50 % der maximalen Ausdehnung des
strahlungsdurchlässigen Körpers entlang dieser Richtung beträgt. Entlang dieser Richtung weist der
strahlungsdurchlässige Körper also eine größere Ausdehnung auf als der Montagekörper.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls enthält der Montagekörper ein Glas oder besteht aus einem Glas. Ein derartiger Montagekörper ist einfach und
kostengünstig herstellbar, beispielsweise mittels
Strangziehens .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Beleuchtungsmoduls ist das Beleuchtungsmodul zum Einsetzen in eine Fassung für eine Leuchtstoffröhre ausgebildet. Das Beleuchtungsmodul ist also dafür vorgesehen, eine Leuchtstoffröhre zu ersetzen, ohne dass hierfür Modifikationen an dem mechanischen Befestigungsmechanismus vorgenommen werden müssen. Derartige LED-basierte Beleuchtungsmodule, die konventionelle Lampen, insbesondere Glühlampen und Entladungslampen, ersetzen, werden auch als „Retrofit" bezeichnet. Beispielsweise ist das Beleuchtungsmodul als Ersatz einer T8-Leuchtstoffröhre, einer T5-Leuchtstoffröhre oder einer T2-Leuchtstoffröhre
vorgesehen .
Mit dem beschriebenen Beleuchtungsmodul können insbesondere die folgenden Effekte erzielt werden.
Durch die Anordnung der Halbleiterbauelemente in einem strahlungsdurchlässigen Montagekörper, der beispielsweise ein Glas enthält, kann auf die Verwendung von Leiterplatten verzichtet werden. Der Montagekörper dient also als
mechanischer Träger und mit der darauf angeordneten
Kontaktschicht auch der elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterbauelemente. Weiterhin kann der Montagekörper im Unterschied zu einer Leiterplatte zusätzlich ein gezielte Formung der Abstrahlcharakteristik bewirken und
beispielsweise die Funktion eines Reflektors oder einer Linse erfüllen. Auf zusätzliche optische Elemente zur Formung der Abstrahlcharakteristik kann verzichtet werden. Mittels der durch den Montagekörper hindurch abgestrahlten Strahlung kann weiterhin auf einfache Weise eine besonders homogene Leuchtdichteverteilung erzielt werden, so dass die einzelnen Halbleiterbauelemente vom menschlichen Auge nicht oder zumindest nur noch vermindert als einzelne, voneinander beabstandete Lichtquellen wahrnehmbar sind. Durch
Halbleiterbauelemente in Form von ungehäusten Halbleiterchips mit einem strahlungsdurchlässigen Substrat kann weiterhin ein besonders hoher Strahlungsanteil über die Seitenflächen der Ausnehmungen des Montagekörpers in diesen eingekoppelt werden. Die Homogenität der Leuchtdichteverteilung kann so noch weiter gesteigert werden. Weiterhin können unterschiedliche Leistungsklassen für das Beleuchtungsmodul auf einfache Weise durch unterschiedliche Abstände der Halbleiterbauelemente und/oder eine
unterschiedliche Anzahl von Halbleiterbauelementen erzielt werden. Zudem kann einfach auf eine Helligkeitssteigerung der Halbleiterbauelemente reagiert werden.
Das Beleuchtungsmodul ist weiterhin besonders kompakt und kostengünstig herstellbar. Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Die Figur 1A ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungsmodul in schematischer Schnittansicht; die Figuren 1B und IC Simulationsergebnisse für die Verteilung der Beleuchtungsstärke (illuminance) I als
Höhenlinien-Diagramm (Figur 1B) sowie als Funktion entlang einer Längserstreckungsrichtung in beliebigen Einheiten
(arbitrary units, a.u.) in Figur IC; die Figuren 1D und IE Vergleichssimulationen für ein
Beleuchtungsmodul mit auf einer Leiterplatte angeordneten LEDs, wobei die Darstellung analog zu den Figuren 1B
beziehungsweise IC ist; Figur 2A ein zweites Ausführungsbeispiel für ein
Beleuchtungsmodul in schematischer Schnittansicht;
Figur 2B zugehörige Simulationsergebnisse für die winkelabhängige Intensitätsverteilung entlang einer
Längserstreckungsrichtung und einer senkrecht dazu
verlaufenden Querrichtung;
Figur 3A ein drittes Ausführungsbeispiel für ein
Beleuchtungsmodul in schematischer Schnittansicht; die Figuren 3B und 3C zugehörige Simulationsergebnisse für die Verteilung der Beleuchtungsstärke I als Höhenlinien- Diagramm (Figur 3B) und als Funktion entlang der
Längserstreckungsrichtung (Figur 3C) ; und die Figuren 4A und 4B ein viertes Ausführungsbeispiel für ein Beleuchtungsmodul in schematischer Schnittansicht (Figur 4A) und in Draufsicht (Figur 4B) .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können
vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere
Schichtdicken zur Verdeutlichung und/oder zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. In Figur 1A ist ein erstes Ausführungsbeispiel für ein
Beleuchtungsmodul in schematischer Schnittansicht gezeigt. Das Beleuchtungsmodul 1 weist einen Montagekörper 3 auf, der sich in einer vertikalen Richtung zwischen einer Vorderseite 30 und einer Rückseite 31 erstreckt. An der Rückseite 31 weist der Montagekörper eine Mehrzahl von Ausnehmungen 35 auf . Das Beleuchtungsmodul 1 umfasst weiterhin eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen 2. Die Halbleiterbauelemente 2 sind jeweils in einer der Ausnehmungen 35 angeordnet. Insbesondere ragen die Halbleiterbauelemente 2 vorzugsweise nicht in vertikaler Richtung über die Rückseite 31 hinaus. Die
Halbleiterbauelemente 2 weisen jeweils eine erste
Anschlussfläche 21 und eine zweite Anschlussfläche 22 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterbauelemente auf. Die erste Anschlussfläche 21 und die zweite Anschlussfläche 22 sind auf der der Vorderseite 30 des Montagekörpers 3
abgewandten Seite der Halbleiterbauelemente 2 angeordnet. Bei der Herstellung des Beleuchtungsmoduls sind die erste
Anschlussfläche und die zweite Anschlussfläche nach dem
Befestigen der Halbleiterbauelemente in dem Montagekörper 3 für die elektrische Kontaktierung mittels
Verbindungsleitungen zugänglich.
Auf der Rückseite 31 des Montagekörpers 3 ist eine
Kontaktschicht 5 ausgebildet. Die Halbleiterbauelemente 2 sind über Verbindungsleitungen 55, beispielsweise Bonddrähte, elektrisch leitend mit der Kontaktschicht verbunden.
Beispielsweise bildet die Kontaktschicht 5 zwischen
benachbarten Halbleiterbauelementen 2 jeweils eine
Kontaktbahn 51. Die Halbleiterbauelemente 2 können so auf einfache Weise elektrisch zueinander in Serie verschaltet sein. Die Halbleiterbauelemente 2 oder Gruppen der
Halbleiterbauelemente 2 können aber auch parallel zueinander verschaltet sein. Die Halbleiterbauelemente 2 sind von einer Umhüllung 7 umgeben. Insbesondere füllt die Umhüllung Zwischenräume 32 zwischen den Halbleiterbauelementen 2 und dem Montagekörper 3. Die Umhüllung ist strahlungsdurchlässig ausgebildet.
Beispielsweise enthält die Umhüllung 7 ein Polymermaterial, etwa ein Epoxid oder ein Silikon. Insbesondere überdeckt die Umhüllung die Halbleiterbauelemente 2 in Draufsicht auf die Rückseite 31 vollständig. Die Verbindungsleitungen 55 sind in die Umhüllung eingebettet.
Weiterhin weist das Beleuchtungsmodul 1 auf der Rückseite des Montagekörpers 3 eine Reflektorschicht 6 auf. In dem
gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Reflektorschicht in lateraler Richtung, also entlang einer Haupterstreckungsebene des Montagekörpers 3 in einzelne, voneinander beabstandete Teilbereiche unterteilt. Die Teilbereiche der
Reflektorschicht 6 überdecken jeweils eine der Ausnehmungen 35 vollständig. Die Reflektorschicht grenzt an keiner Stelle an die Halbleiterbauelemente 2 unmittelbar an. Zwischen der Reflektorschicht und den Halbleiterbauelementen ist die
Umhüllung angeordnet. Die Reflektorschicht 6 grenzt auf der der Vorderseite 30 des Montagekörpers 31 abgewandten Seite der Umhüllung an die Umhüllung an. Das Beleuchtungsmodul 1 weist weiterhin ein
Strahlungskonversionsmaterial 4 auf. Das
Strahlungskonversionsmaterial 4 ist von den
Halbleiterbauelementen 2 beabstandet angeordnet. Insbesondere ist der Montagekörper 3 zwischen den Halbleiterbauelementen 2 und dem Strahlungskonversionsmaterial 3 angeordnet. Die von den Halbleiterbauelementen 2 erzeugte Strahlung durchquert also den Montagekörper 3, bevor sie auf das
Strahlungskonversionsmaterial auftrifft. Dadurch kann ein besonders homogener Farbeindruck erzielt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das
Strahlungskonversionsmaterial auf der Vorderseite 30 des Montagekörpers 3 ausgebildet, beispielsweise in Form einer Beschichtung .
Vorzugsweise beträgt ein minimaler Abstand zwischen den
Halbleiterbauelementen und dem Strahlungskonversionsmaterial 4 mindestens 10 % des Mittenabstands zwischen zwei
benachbarten Halbleiterbauelementen 2. Die Erzielung eines homogenen Farbeindrucks wird so weitergehend vereinfacht.
Davon abweichend kann das Strahlungskonversionsmaterial 4 beispielsweise auch zwischen den Halbleiterbauelementen 2 und dem Montagekörper 3 angeordnet sein, zum Beispiel an den Seitenflächen 350 und/oder an einer Bodenfläche 351 der Ausnehmungen 35. Alternativ kann das
Strahlungskonversionsmaterial 4 auch mittels Leuchtstoffen gebildet sein, die in die Umhüllung 7 des
Halbleiterbauelements 2 eingebettet sind.
Der Montagekörper 3 ist für die von den
Halbleiterbauelementen 2 erzeugte Strahlung durchlässig ausgebildet. Beispielsweise enthält der Montagekörper 3 ein Glas oder besteht aus einem Glas.
Im Betrieb des Beleuchtungsmoduls 1 kann die in den
Halbleiterbauelementen 2 erzeugte Strahlung über die
Umhüllung 7 in den Montagekörper 3 eingekoppelt werden und an der Vorderseite 30 des Montagekörpers austreten. Das
Strahlungskonversionsmaterial wandelt einen Teil der von den Halbleiterbauelementen 2 erzeugten Primärstrahlung teilweise in Sekundärstrahlung um, so dass das Beleuchtungsmodul Mischstrahlung, beispielsweise für das menschliche Auge weiß erscheinende Mischstrahlung erzeugt. Zum Beispiel emittiert das Halbleiterbauelement 2 im blauen Spektralbereich und das Strahlungskonversionsmaterial wandelt diese Strahlung
teilweise in Strahlung im gelben Spektralbereich um. Das Strahlungskonversionsmaterial enthält beispielsweise einen Leuchtstoff, der in ein Matrixmaterial, zum Beispiel ein Polymermaterial eingebettet ist. Das
Strahlungskonversionsmaterial 4 kann auch mehr als einen Leuchtstoff enthalten, wobei die Leuchtstoffe beispielsweise Strahlung in voneinander verschiedenen Spektralbereichen emittieren, beispielsweise im roten, grünen und/oder gelben Spektralbereich. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel bildet das Strahlungskonversionsmaterial 4 eine
Strahlungsaustrittsfläche 11 des Beleuchtungsmoduls 1.
Die Kontaktschicht 5 ist vorzugsweise für die in den
Halbleiterbauelementen 2 erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildet. Beispielsweise enthält die Kontaktschicht 5 ein Metall, etwa Silber. Silber zeichnet sich durch eine
besonders hohe Reflektivität im sichtbaren Spektralbereich aus. Alternativ kann auch ein anderes Metall, beispielsweise Aluminium, Rhodium, Nickel oder Chrom Anwendung finden. Die Reflektorschicht 6 weist beispielsweise ein
Polymermaterial auf, das mit die Reflektivität steigernden Partikeln versetzt ist. Beispielsweise enthalten die Partikel Titanoxid, Zirconiumoxid oder Aluminiumoxid. Die Reflektorschicht 6 und die Kontaktschicht 5 sind so ausgebildet, dass diese großflächig an der Rückseite 31 des Montagekörpers ausgebildet sind und einen Strahlungsaustritt auf dieser Seite verhindern. Vorzugsweise bedecken die Reflektorschicht und die Kontaktschicht gemeinsam mindestens 90 %, besonders bevorzugt mindestens 95 % der Rückseite des Montagekörpers mit reflektierendem Material. Insbesondere überdecken die Reflektorschicht und die Kontaktschicht den gesamten Anteil der Rückseite, der innerhalb einer äußeren Umrandung um die äußersten Halbleiterbauelemente des
Beleuchtungsmoduls verläuft.
Die Halbleiterbauelemente 2 können in einer Reihe angeordnet sein. Beispielsweise sind alle Halbleiterbauelemente 2 entlang einer Längserstreckungsrichtung nebeneinander
angeordnet. Alternativ können die Halbleiterbauelemente aber auch flächig, beispielsweise matrixförmig, auf dem
Montagekörper 3 angeordnet sein.
Ein Mittenabstand zwischen benachbarten
Halbleiterbauelementen 2 beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 5 mm und einschließlich 50 mm, bevorzugt zwischen einschließlich 20 mm und einschließlich 40 mm.
Die Halbleiterbauelemente 2 sind vorzugsweise als ungehäuste Halbleiterchips ausgebildet. Weiterhin weisen die
Halbleiterbauelemente 2 vorzugsweise ein
strahlungsdurchlässiges Substrat 25 auf. In einem aktiven Bereich der Halbleiterbauelemente 2 (nicht explizit
dargestellt) erzeugte Strahlung kann so auch durch die
Seitenflächen des Substrats austreten und über die
Seitenflächen 350 des Montagekörpers 3 in den Montagekörper eingekoppelt werden. Eine homogene
Beleuchtungsstärkeverteilung ist so auf einfache Weise erzielbar. Davon abweichend können jedoch auch
Halbleiterbauelemente 2 Anwendung finden, die ein Gehäuse für die Halbleiterchips aufweisen. In den Figuren 1B und IC sind Simulationsergebnisse einer Verteilung der Beleuchtungsstärke I in beliebigen Einheiten dargestellt. Die x-Achse verläuft hierbei entlang einer
Längserstreckungsrichtung und die y-Achse quer dazu. In Figur IC ist die Beleuchtungsstärkeverteilung in einem Längsschnitt durch die Halbleiterbauelemente 2, also für y=0, gezeigt. Den Simulationen liegt eine Anordnung mit acht ungehäusten
Halbleiterchips 2 in einem Abstand von 20 mm zugrunde, wobei sich die Simulationsergebnisse auf einen Abstand von 1 mm von der Strahlungsaustrittsfläche 11 beziehen.
In Figur 1B ist ein Höhenlinien-Diagramm der
Beleuchtungsstärkeverteilung gezeigt, wobei ein Bereich höchster Beleuchtungsstärke 91 durch die innerste Höhenlinie umrandet wird. Die Simulationen belegen, dass sich aufgrund der Lichtverteilung im Montagekörper 3 auch in den
Zwischenräumen zwischen den Halbleiterbauelementen 2 eine Beleuchtungsstärke einstellt, die nur geringfügig kleiner ist als die maximale Beleuchtungsstärke. Eine homogene
Beleuchtungsstärkeverteilung kann also ohne ein zusätzliches optisches Element erzielt werden.
Im Vergleich hierzu zeigen die Figuren 1D und IE analoge Simulationsergebnisse für eine Anordnung von
Halbleiterbauelementen, bei denen die Halbleiterchips jeweils in einem oberflächenmontierbaren Gehäuse montiert sind, gezeigt, wobei die Halbleiterbauelemente auf einer
Leiterplatte montiert sind. Hier fällt die Beleuchtungsstärke zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen vergleichsweise stark ab, so dass die einzelnen Halbleiterbauelemente vom menschlichen Auge als helle Punkte wahrnehmbar sind. Das in Figur 2A dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 1A beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Montagekörper 3 in der Form eines Rohrsegments 38 ausgebildet. Die Vorderseite 30 und die Rückseite 31 des Montagekörpers 3 verlaufen jeweils gekrümmt. In Draufsicht auf die Vorderseite 30 ist die Vorderseite konkav gekrümmt.
Die Rückseite 31 des Montagekörpers ist mittels der
Reflektorschicht 6 und der Kontaktschicht 5 reflektierend ausgebildet. Bei dem in Figur 2A dargestellten
Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Reflektorschicht vollflächig über die Rückseite 31. Auch bei einer
vergleichsweise geringen Belegung mittels der Kontaktschicht 5 wird also die Strahlung effizient an der Rückseite 31 reflektiert. Selbstverständlich kann die Kontaktschicht 5 auch in diesem Ausführungsbeispiel wie in Figur 1A gezeigt großflächig die Rückseite 31 des Montagekörpers 3 bedecken. In diesem Fall kann die Reflektorschicht 6 auch nur im
Bereich der Ausnehmungen 35 ausgebildet sein.
Senkrecht zur Vorderseite 30 ist die Ausdehnung des
Montagekörpers 3 konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant. Die Vorderseite 30 und die Rückseite 31 können in einem Querschnitt beispielsweise die Form eines
Kreissegments, eines Ellipsensegments oder einer Parabel aufweisen. Über die Form des Montagekörpers ist die
Abstrahlcharakteristik einstellbar. In diesem
Ausführungsbeispiel erfüllt der Montagekörper 3 zusätzlich zu seiner Funktion als mechanischer Träger also auch die
Funktion eines optischen Elements in Form eines gekrümmten Reflektors . In Figur 2B sind Simulationsergebnisse einer Intensität I in Abhängigkeit vom Winkel entlang einer
Längserstreckungsrichtung, dargestellt durch Kurve 93 und entlang einer senkrecht dazu verlaufenden Querrichtung, dargestellt durch eine Kurve 92, gezeigt. Mit der
beschriebenen Ausgestaltung beträgt die volle Halbwertsbreite der Winkelverteilung in Querrichtung 118,7° und in
Längserstreckungsrichtung 88,2°. Durch entsprechende Wahl der Geometrie des Montagekörpers 3 können aber auch schmalere oder breitere Winkelverteilungen erzielt werden.
Das in Figur 3A dargestellte dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2A beschriebenem zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist der Montagekörper 3 mit einer gekrümmten
Vorderseite 30 und einer - abgesehen von den Ausnehmungen 35 - ebenen Rückseite 31 ausgebildet. Der Montagekörper 3 weist die Grundform eines Zylindersegments 39 auf. Ein derartiger Montagekörper 3 wirkt als eine Zylinderlinse.
In den Figuren 3B und 3C sind Simulationsergebnisse der
Verteilung der Beleuchtungsstärke I gezeigt. Bei dieser
Ausgestaltung ergibt sich eine besonders homogene
Beleuchtungsstärkeverteilung in Längserstreckungsrichtung, die erst zum Rand des Beleuchtungsmoduls 1 hin abfällt.
Zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen 2 ergibt sich kein wesentlicher Abfall der Beleuchtungsstärke.
Das in Figur 4A dargestellte vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 3A beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist das Beleuchtungsmodul 1 einen
strahlungsdurchlässigen Körper 8 auf. Der strahlungsdurchlässige Körper 8 bildet die
Strahlungsaustrittsfläche 11 des Beleuchtungsmoduls 1.
Beispielsweise enthält der strahlungsdurchlässige Körper ein Glas oder besteht aus einem Glas. Der strahlungsdurchlässige Körper ist so ausgebildet und relativ zum Montagekörper 3 angeordnet, dass in den Halbleiterbauelementen 2 erzeugte Strahlung den strahlungsdurchlässigen Körper 8 passieren muss, bevor sie aus der Strahlungsaustrittsfläche 11 des Beleuchtungsmoduls austreten kann. Eine Innenfläche 81 des strahlungsdurchlässigen Körpers 8 ist so an die Vorderseite 30 des Montagekörpers angepasst, dass sich zwischen dem
Montagekörper 3 und dem strahlungsdurchlässigen Körper 8 kein Spalt oder zumindest nur ein kleiner Spalt einstellt.
Gegebenenfalls kann der Spalt mit einem Füllmaterial (nicht explizit in den Figuren gezeigt) gefüllt sein.
Beispielsweise ist der strahlungsdurchlässige Körper 8 als ein Halbrohr ausgebildet, das einen als Halbzylinder
ausgebildeten Montagekörper 3 an der Vorderseite 30 des Montagekörpers umschließt.
Das Strahlungskonversionsmaterial 4 ist zwischen dem
Montagekörper 3 und dem strahlungsdurchlässigen Körper 8 angeordnet. Der strahlungsdurchlässige Körper 8 schützt also das Strahlungskonversionsmaterial 4 vor einer mechanischen Belastung. Die Gefahr eines Verkratzens des
Strahlungskonversionsmaterials 4, was zu einer lokal
verringerten Strahlungskonversion führen könnte, ist so vermieden .
In Figur 4B ist eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement 2 schematisch gezeigt. Die Kontaktschicht 5 bildet jeweils zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen 2 Kontaktbahnen 51. Die Halbleiterbauelemente 2 sind so auf einfache Weise elektrisch zueinander in Serie verschaltet. Weiterhin ist die Kontaktschicht 5 so ausgebildet, dass sie die Rückseite 31 des Montagekörpers 3 großflächig bedeckt. Die Kontaktschicht 5 kann weiterhin auch an den strahlungsdurchlässigen Körper 8 bereichsweise angrenzen. Die Reflektorschicht 6 kann
vollflächig auf der Rückseite 31 des Montagekörpers
ausgebildet sein oder wie im Zusammenhang mit Figur 1A beschrieben die Rückseite 31 nur stellenweise bedecken, insbesondere im Bereich der Ausnehmungen 35.
An der Strahlungsaustrittsfläche 11 weist der
strahlungsdurchlässige Körper 8 eine Aufrauung 85 auf.
Mittels der Aufrauung kann die Homogenität der
Leuchtdichteverteilung weiter erhöht werden. Weiterhin bewirkt die Aufrauung 85, dass das
Strahlungskonversionsmaterial 4 durch den
strahlungsdurchlässigen Körper 8 hindurch im ausgeschalteten Zustand des Beleuchtungsmoduls nicht oder nur noch
abgeschwächt vom menschlichen Auge wahrnehmbar ist. Dadurch entsteht ein weißlicher Eindruck bei einer Draufsicht auf das Beleuchtungsmodul 1 im ausgeschalteten Zustand.
Bei der Herstellung der beschriebenen Beleuchtungsmodule kann ein einfach und kostengünstig herstellbarer Montagekörper 3, beispielsweise ein durch Strangziehen geformter Glaskörper mit den Halbleiterbauelementen 2 bestückt werden. Mittels der Kontaktschicht 5 kann der Montagekörper 3 somit sowohl als mechanischer Träger als auch für die elektrische
Kontaktierung der Halbleiterbauelemente 2 dienen. Weiterhin kann der Montagekörper 3 zur Einstellung der
Abstrahlcharakteristik des Beleuchtungsmoduls geformt sein. Insgesamt ergibt sich dadurch ein besonders kompaktes und kostengünstiges Beleuchtungsmodul .
Das Beleuchtungsmodul kann beispielsweise dafür vorgesehen sein, eine Leuchtstoffröhre zu ersetzen. Hierfür ist das Beleuchtungsmodul 1 zum Einsetzen in eine Fassung einer
Leuchtstoffröhre ausgebildet. Beispielsweise kann das
Beleuchtungsmodul die äußere Form einer Leuchtstoffröhre, insbesondere einer T2-, T5- oder T8-Leuchtstoffröhre
aufweisen.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 110 470.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .

Claims

Patentansprüche
1. Beleuchtungsmodul (1) mit einem Montagekörper (3), der sich zwischen einer Rückseite (31) und einer der Rückseite gegenüberliegenden Vorderseite (30) erstreckt, und mit einer Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (2), die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sind, wobei
- der Montagekörper an der Rückseite eine Mehrzahl von
Ausnehmungen (35) aufweist, in denen die
Halbleiterbauelemente angeordnet sind,
- der Montagekörper für die in den Halbleiterbauelementen erzeugte Strahlung durchlässig ist und die Strahlung an der Vorderseite des Montagekörpers austritt,
- auf der Rückseite des Montagekörpers eine Kontaktschicht (5) angeordnet ist, mit der die Halbleiterbauelemente über
Verbindungsleitungen elektrisch leitend verbunden sind, und
- auf der Rückseite des Montagekörpers eine Reflektorschicht (6) angeordnet ist, die zumindest die Ausnehmungen
vollständig überdeckt.
2. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1,
wobei die Reflektorschicht und die Kontaktschicht gemeinsam mindestens 90% der Rückseite des Montagekörpers mit
reflektierendem Material bedecken.
3. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 1 oder 2,
wobei Zwischenräume (32) zwischen den Halbleiterbauelementen und dem Montagekörper zumindest teilweise mit einer
strahlungsdurchlässigen Umhüllung gefüllt sind und wobei die Reflektorschicht auf der der Vorderseite des Montagekörpers abgewandten Seite der Umhüllung an die Umhüllung angrenzt.
4. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterbauelemente ungehäuste Halbleiterchips und die Verbindungsleitungen Bonddrähte sind.
5. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 4,
wobei die Halbleiterchips jeweils ein strahlungsdurchlässiges Substrat (25) aufweisen, durch das im Betrieb des
Halbleiterchips die Strahlung aus dem Halbleiterchip austritt und über Seitenflächen (350) der Ausnehmungen in den
Montagekörper eintritt.
6. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorderseite des Montagekörpers zumindest
stellenweise gekrümmt verläuft.
7. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 6,
wobei der Montagekörper eine Grundform eines Rohrsegments
(38) aufweist.
8. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 6,
wobei der Montagekörper eine Grundform eines Zylindersegments
(39) aufweist.
9. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich in einem Strahlenpfad zwischen den
Halbleiterbauelementen und einer Strahlungsaustrittsfläche (11) des Beleuchtungsmoduls ein Strahlungskonversionsmaterial (4) befindet.
10. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 9,
wobei ein minimaler Abstand zwischen den
Halbleiterbauelementen und dem Strahlungskonversionsmaterial mindestens 10 % des Mittenabstands zwischen zwei benachbarten Halbleiterbauelementen beträgt.
11. Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Beleuchtungsmodul an der Vorderseite des
Montagekörpers einen strahlungsdurchlässigen Körper (8) aufweist, der eine Strahlungsaustrittsfläche (11) des
Beleuchtungsmoduls bildet.
12. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 11,
wobei zwischen dem Montagekörper und dem
strahlungsdurchlässigen Körper ein
Strahlungskonversionsmaterial (4) angeordnet ist.
13. Beleuchtungsmodul nach Anspruch 11 oder 12,
wobei der strahlungsdurchlässige Körper an der
Strahlungsaustrittsfläche eine Aufrauung (85) aufweist.
14. Beleuchtungsmodul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Montagekörper entlang einer senkrecht zu einer
Längserstreckungsrichtung des Montagekörpers verlaufenden Richtung eine maximale Ausdehnung aufweist, die mindestens 20 % und höchstens 50 % der maximalen Ausdehnung des
strahlungsdurchlässigen Körpers entlang dieser Richtung beträgt.
15. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Montagekörper ein Glas enthält.
16. Beleuchtungsmodul nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das Beleuchtungsmodul zum Einsetzen in eine Fassung für eine Leuchtstoffröhre ausgebildet ist.
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