DE102016108692A1

DE102016108692A1 - Leuchtdiode und Leuchtmodul

Info

Publication number: DE102016108692A1
Application number: DE102016108692.4A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Herrmann; Markus Pindl
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2017-11-16
Also published as: CN107369674A; US10203074B2; US20170328525A1; CN207338367U

Abstract

Es wird eine Leuchtdiode (100) angegeben mit – zumindest einem Leuchtdiodenchip (11, 12, 13), und – einem ersten optischen Element (2), das für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip (11, 12, 13) im Betrieb erzeugte Licht reflektierend ist, wobei – das erste optische Element (2) zumindest einen der Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) in einer Draufsicht vollständig überdeckt.

Description

Es werden eine Leuchtdiode und ein Leuchtmodul angegeben.
Die Druckschrift WO 2013/045353 A1 beschreibt eine Leuchtdiode.
Eine zu lösende Aufgabe ist es, eine Leuchtdiode anzugeben, die eine besonders gleichmäßige Abstrahlcharakteristik aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Leuchtdiode anzugeben, in der Licht unterschiedlicher Farbe vor dem Lichtaustritt besonders gleichmäßig gemischt wird. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Leuchtmodul mit einer Vielzahl solcher Leuchtdioden anzugeben, das besonders kompakt aufgebaut ist.
Es wird eine Leuchtdiode angegeben. Die Leuchtdiode emittiert im Betrieb Licht. Bei dem Licht kann es sich beispielsweise um farbiges Licht oder um weißes Licht handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Licht der Leuchtdiode um Mischlicht handeln, das sich aus Licht von zumindest zwei unterschiedlichen Farben zusammensetzt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode einen Leuchtdiodenchip. Bevorzugt umfasst die Leuchtdiode zumindest zwei oder mehr Leuchtdiodenchips. Die Leuchtdiode kann insbesondere Leuchtdiodenchips umfassen, die im Betrieb Licht voneinander unterschiedlicher Farbe emittieren. So ist es beispielsweise möglich, dass die Leuchtdiode einen Leuchtdiodenchip umfasst, der grünes Licht emittiert und einen Leuchtdiodenchip, der rotes Licht emittiert sowie einen Leuchtdiodenchip, der blaues Licht emittiert. Ferner ist es möglich, dass die Leuchtdiode einen Leuchtdiodenchip umfasst, der im Betrieb gelblich-grünes Licht, sogenanntes mintfarbiges Licht, emittiert und einen Leuchtdiodenchip, der im Betrieb rotes Licht emittiert.
Beispielsweise kann die Leuchtdiode einen Leuchtdiodenchip umfassen, deren Licht sich zu weißem Licht mischen kann. Bei dem weißen Licht kann es sich beispielsweise um weißes Licht mit einer hohen oder mit einer niedrigen Farbtemperatur handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode ein erstes optisches Element, das für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugte Licht reflektierend ist. Insbesondere ist das erste optische Element für das Licht aller Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode reflektierend ausgebildet. Die Reflektivität des ersten optischen Elements für das Licht jeder Leuchtdiode beträgt dabei vorzugsweise wenigstens 50 %. Das heißt, wenigstens 50 % des auftreffenden Lichts wird vom ersten optischen Element reflektiert. Insbesondere ist es möglich, dass die Reflektivität des ersten optischen Elements für das von dem zumindest einen Leuchtdiodenchip emittierte Licht wenigstens 75 %, insbesondere wenigstens 90 %, beträgt.
Das erste optische Element kann dazu beispielsweise durch einen Umhüllungskörper gebildet sein, der ein Matrixmaterial umfasst, in welches Partikel eines strahlungsstreuenden und/oder eines strahlungsreflektierenden Materials eingebracht sind. Beispielsweise ist das erste optische Element mit einem niedrigbrechenden Silikon gebildet, in welches Partikel aus Titandioxid eingebracht sind. Darüber hinaus ist es möglich, dass das erste optische Element durch eine reflektierende Folie oder durch eine reflektierende Schicht gebildet ist. Die reflektierende Folie oder die reflektierende Schicht kann beispielsweise ein reflektierendes Metall wie Aluminium oder Silber umfassen oder aus einem dieser Materialien bestehen.
Das erste optische Element ist derart relativ zum zumindest einen Leuchtdiodenchip angeordnet, dass zumindest ein Teil des vom zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb emittierten Lichts auf das erste optische Element trifft und von diesem reflektiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode überdeckt das erste optische Element zumindest einen der Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode in einer Draufsicht vollständig. Das heißt, in einer Draufsicht auf die Leuchtdiode, beispielsweise in einer Hauptblickrichtung, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Leuchtdiode verläuft, ist zumindest einer der Leuchtdiodenchips vom ersten optischen Element vollständig überdeckt. Mit anderen Worten kann der überdeckte Leuchtdiodenchip in der Draufsicht nur durch das erste optische Element hindurch wahrgenommen werden oder, für den Fall, dass das erste optische Element lichtundurchlässig ist, ist dieser Leuchtdiodenchip in der Draufsicht nicht erkennbar.
Das erste optische Element überragt den zumindest einen Leuchtdiodenchip, der überdeckt ist, in lateralen Richtungen vollständig und erstreckt sich beispielsweise in den lateralen Richtungen über dem überdeckten Leuchtdiodenchip. In einer vertikalen Richtung kann das erste optische Element zum Leuchtdiodenchip einen Abstand aufweisen. Die lateralen Richtungen sind dabei diejenigen Richtungen, die zu einer Haupterstreckungsebene der Leuchtdiode parallel verlaufen. Die vertikale Richtung verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsebene und damit senkrecht zu den lateralen Richtungen. Das erste optische Element kann den überdeckten Leuchtdiodenchip zudem auch seitlich stellenweise umgeben. Beispielsweise ist der Leuchtdiodenchip an einer seiner Seitenflächen, insbesondere an zwei oder drei seiner Seitenflächen, vollständig vom ersten optischen Element umgeben, das in einem Abstand zu den umgebenen Seitenflächen angeordnet sein kann. Anders ausgedrückt kann das erste optische Element beispielsweise einen Überhang oder eine Kavität ausbilden, in der der überdeckte Leuchtdiodenchip angeordnet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Leuchtdiode angegeben mit

– zumindest einem Leuchtdiodenchip, und
– einem ersten optischen Element, das für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugte Licht reflektierend ist, wobei
– das erste optische Element zumindest einen der Leuchtdiodenchips in einer Draufsicht vollständig überdeckt.

Bei Leuchtdioden mit mehreren Leuchtdiodenchips unterschiedlicher Farbe, deren Licht sich beispielsweise zu weißem Licht mischen soll, also beispielsweise bei sogenannten RGB-Leuchtdioden, treten oft Farbsäume aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Platzierung der Leuchtdiodenchips im Gehäuse der Leuchtdiode auf. Für eine Lichtmischung und eine Abbildung des von den Leuchtdiodenchips im Betrieb erzeugten Lichts sind daher oft aufwändige Optiken notwendig.
Eine hier beschriebene Leuchtdiode macht nun unter anderem von der Idee Gebrauch, das Licht des zumindest einen Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode auf einen räumlich eng begrenzten Bereich zu richten beziehungsweise zu lenken. In diesem räumlich eng begrenzten Bereich, dem Mischraum, kann das Licht dann beispielsweise mit Hilfe von Streupartikeln und reflektierenden Flächen, also unter anderem durch das erste optische Element, gemischt und aus der Leuchtdiode ausgekoppelt werden. Das von den Leuchtdiodenchips erzeugte Licht wird dabei möglichst komplett über diesen Mischraum ausgekoppelt.
Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass eine besonders homogene Abstrahlcharakteristik dann erreicht werden kann, wenn zumindest einer der Leuchtdiodenchips vom reflektierend ausgebildeten ersten optischen Element in einer Draufsicht vollständig überdeckt wird, sodass beispielsweise in Hauptabstrahlrichtung des Leuchtdiodenchips kein Licht die Leuchtdiode direkt verlassen kann, sondern solches Licht zumindest eine Reflexion am ersten optischen Element erfährt. Dies kann zwar zu einer leichten Verschlechterung der Effizienz der Leuchtdiode führen, da jede Reflexion am ersten optischen Element mit einer, wenn auch geringen, Absorption von Licht einhergeht. Es hat sich aber herausgestellt, dass die Verbesserung der Homogenität der Abstrahlcharakteristik beziehungsweise eine Durchmischung des Lichts von mehreren Leuchtdiodenchips in der Leuchtdiode, die zu einer besonders hohen Farbhomogenität des Mischlichts führt, diesen vermeintlichen Nachteil aufwiegt.
Eine erhöhte Homogenität der Lichtabstrahlcharakteristik führt beispielsweise dazu, dass die Leuchtdichte über die Abstrahlfläche der Leuchtdiode besonders gleichmäßig ist und/oder der Farbort über die Abstrahlfläche der Leuchtdiode besonders gleichmäßig ist und/oder der Farbort und/oder die Leuchtdichte im Fernfeld besonders gleichmäßig sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode überdeckt das erste optische Element alle Leuchtdiodenchips in der Draufsicht vollständig. Das heißt, insbesondere für den Fall, dass die Leuchtdiode zwei oder mehr Leuchtdiodenchips umfasst, sind sämtliche Leuchtdiodenchips vom ersten optischen Element in der Draufsicht vollständig überdeckt. Das heißt, keiner der Leuchtdiodenchips kann beispielsweise in seiner Hauptabstrahlrichtung das Licht direkt abstrahlen, sondern zumindest dieses Licht in der Hauptabstrahlrichtung kann zumindest eine Reflexion erfahren. Ferner ist keiner der Leuchtdiodenchips in der Draufsicht auf die Leuchtdiode direkt sichtbar, sondern nur durch das reflektierende erste optische Element, für den Fall, dass dieses strahlungsdurchlässig ist, oder gar nicht für den Fall, dass das erste optische Element strahlungsundurchlässig ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist das erste optische Element für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugte Licht undurchlässig. Das heißt, kein Anteil des auftretenden Lichts gelangt durch das erste optische Element. Sämtliches Licht wird am ersten optischen Element reflektiert oder absorbiert. Insbesondere ist es damit möglich, dass keiner der Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode in der Draufsicht auf die Leuchtdiode von außen sichtbar ist. Sämtliche Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode sind dann durch das erste optische Element abgedeckt und nicht direkt einsehbar. Dies führt zu einer besonders guten Durchmischung des von den Leuchtdiodenchips im Betrieb emittierten Lichts an einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode, da kein Licht der Leuchtdiodenchips die Leuchtdiode auf direktem Weg, also ohne Reflexion oder Streuung verlassen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode zumindest einen Umhüllungskörper, der für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugte Licht durchlässig ist, wobei der Umhüllungskörper an alle Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode grenzt. Der Umhüllungskörper kann dabei klarsichtig transparent ausgeführt sein. Ferner ist es möglich, dass der Umhüllungskörper mit einem Grundmaterial gebildet ist, in welches Partikel eines strahlungsstreuenden und/oder eines strahlungsreflektierenden und/oder eines strahlungskonvertierenden Materials eingebracht sind.
Beispielsweise kann der Umhüllungskörper mit einem hochbrechenden Silikon gebildet sein, in welches Partikel eines Diffusormaterials, die beispielsweise mit Siliziumdioxid oder Titandioxid gebildet sein können, eingebracht sind. Der Umhüllungskörper kann dabei eine gewisse Reflektivität für das Licht der Leuchtdiodenchips aufweisen, welche aber geringer ist als die Reflektivität des ersten optischen Elements. Beispielsweise beträgt die Reflektivität des Umhüllungskörpers aufgrund der eingebrachten Partikel höchstens 10 %.
Der Umhüllungskörper grenzt dabei insbesondere an alle Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode an, insbesondere grenzt er direkt an die Leuchtdiodenchips an. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode ihr Licht direkt oder indirekt in den Umhüllungskörper einkoppeln. Durch Streuung im Umhüllungskörper und/oder durch Reflexion am ersten optischen Element erfolgt dann eine besonders gute Durchmischung des Lichts der Leuchtdiodenchips. Damit trägt der Umhüllungskörper zur Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik und insbesondere zur verbesserten Farbmischung bei.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode überdeckt das erste optische Element den Umhüllungskörper in der Draufsicht stellenweise. Das heißt, auch der Umhüllungskörper kann vom ersten optischen Element überdeckt sein, sodass aus dem Umhüllungskörper in den überdeckten Bereichen das Licht nicht nach außen treten kann, sondern am ersten optischen Element reflektiert wird. Der Umhüllungskörper kann dabei stellenweise direkt an das erste optische Element grenzen. Beispielsweise kann das erste optische Element den Umhüllungskörper rahmenförmig oder ringförmig überdecken. Das erste optische Element trägt dann dazu bei, eine Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode auf einen kleinen Bereich, der vom ersten optischen Element nicht überdeckt ist, zu begrenzen. Dies erhöht die Leuchtdichte an der Austrittsfläche der Leuchtdiode und verbessert die Farbhomogenität an der Austrittsfläche der Leuchtdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist der Umhüllungskörper zum Mischen des von den Leuchtdiodenchips im Betrieb erzeugten Lichts ausgebildet. Dazu umfasst der Umhüllungskörper beispielsweise die angesprochenen Partikel eines Diffusormaterials, welche dazu ausgebildet sind, das Licht des von den Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode im Betrieb erzeugten Lichts zu streuen und/oder zu reflektieren. Aufgrund der Tatsache, dass das von dem zumindest einen Leuchtdiodenchip im Betrieb erzeugte Licht durch das optische Element reflektiert wird, erhöht sich der Laufweg des Lichts, bis dieses die Leuchtdiode verlässt. Das Licht befindet sich daher über eine größere Strecke im Umhüllungskörper, als dies ohne das erste optische Element der Fall wäre, sodass auch eine relativ geringe Dichte von Diffusormaterial im Umhüllungskörper für eine gute Durchmischung des Lichts sorgen kann. Beispielsweise beträgt die Dichte des Diffusormaterials im Umhüllungskörper höchstens 5 Gew%, insbesondere höchstens 2,5 Gew%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode zumindest einen blaues Licht emittierenden Leuchtdiodenchip, zumindest einen rotes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip und zumindest einen grünes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip. Insbesondere ist es möglich, dass die Leuchtdiode genau einen rotes, genau einen grünes und genau einen blaues Licht emittierenden Leuchtdiodenchip umfasst. Bei der Leuchtdiode handelt es sich dann um eine sogenannte RGB-Leuchtdiode. Dabei sind vorzugsweise sämtliche Leuchtdiodenchips vom ersten optischen Element in der Draufsicht überdeckt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode ein zweites optisches Element, das zur optischen Beeinflussung des von allen Leuchtdiodenchips im Betrieb erzeugten Lichts ausgebildet ist. Bei dem zweiten optischen Element kann es sich um eine Fresnellinse oder um eine fresnelartige Linse oder um eine linsenförmig gekrümmte Fläche, beispielsweise des Umhüllungskörpers, handeln. Für den Fall, dass es sich bei dem zweiten optischen Element um eine Fresnellinse oder um eine fresnelartige Linse handelt, können die Strukturen der Linse ebenfalls in den Umhüllungskörper eingebracht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode ist das zweite optische Element zur Beeinflussung des von allen Leuchtdiodenchips im Betrieb erzeugten Lichts ausgebildet. Mit anderen Worten tritt das Licht einer jeden Leuchtdiode durch das zweite optische Element. Beispielsweise bildet die Außenfläche des zweiten optischen Elements die Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiode aus, sodass Licht die Leuchtdiode ausschließlich durch das zweite optische Element verlassen kann. Das zweite optische Element kann dabei beispielsweise zur Strahlformung vorgesehen sein und/oder das zweite optische Element erhöht aufgrund seiner Formgebung eine Wahrscheinlichkeit für den Lichtaustritt aus der Leuchtdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode eine Blende, die für das von den Leuchtdiodenchips im Betrieb erzeugte Licht undurchlässig ist, wobei die Blende das zweite optische Element in lateralen Richtungen vollständig umgibt. Beispielsweise ist die Blende aus einem strahlungsreflektierenden oder einem strahlungsabsorbierenden Material gebildet. Die Blende kann beispielsweise als Folie oder Schicht ausgeführt sein, die sowohl das erste optische Element als auch das zweite optische Element stellenweise überdeckt und sich mit beiden optischen Elementen in direktem Kontakt befinden kann. Beispielsweise kann die Blende dazu farbig oder schwarz ausgebildet sein. Die Blende kann auf diese Weise die Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiode weiter verkleinern. Ferner ist durch die Blende ein Kontrast zwischen der Strahlungsaustrittsfläche und dem umgebenden Material erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Leuchtdiode umfasst die Leuchtdiode zumindest zwei Leuchtdiodenchips und zumindest einer der Leuchtdiodenchips ist in einer vertikalen Richtung beabstandet zu zumindest einem anderen der Leuchtdiodenchips angeordnet. Die vertikale Richtung ist dabei die Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Leuchtdiode. Mit anderen Worten sind die beiden Leuchtdiodenchips in unterschiedlichen Ebenen der Leuchtdiode angeordnet. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen den beiden Leuchtdiodenchips wenigstens die Höhe eines der Leuchtdiodenchips. Beide Leuchtdiodenchips können dabei vom ersten optischen Element überdeckt sein. Mit anderen Worten erfolgt bei der Leuchtdiode eine geschichtete Anordnung der Leuchtdiodenchips, wobei jeder der Leuchtdiodenchips beispielsweise von einem Teil des ersten optischen Elements überdeckt ist, sodass die Leuchtdiodenchips in unterschiedlichen Schichten oder Ebenen jeweils in einer räumlichen, zum Beispiel torusförmigen oder torusartigen Kavität, mit reflektierenden Wänden angeordnet sind. Die Kavitäten sind jeweils zumindest teilweise durch das erste optische Element gebildet.
Die unterschiedlichen Schichten oder Ebenen der Leuchtdiode sind in der vertikalen Richtung übereinander angeordnet und können jeweils entlang einer Mantelfläche der Leuchtdiode mit den Leuchtdiodenchips der Leuchtdiode bestückt werden. Auf diese Weise kann die vertikale Packungsdichte von Leuchtdiodenchips in der Leuchtdiode erhöht werden, wodurch es möglich ist, die Grundfläche der Leuchtdiode insgesamt zu reduzieren. Durch das erste optische Element kann dabei sichergestellt sein, dass Leuchtdioden aus einer tiefer angeordneten Ebene Leuchtdioden aus einer höheren angeordneten Ebene nicht direkt anstrahlen, sodass beispielsweise Verluste aufgrund von Reabsorption in Leuchtdiodenchips reduziert sind.
Es wird ferner ein Leuchtmodul angegeben. Das Leuchtmodul umfasst zumindest zwei von hier beschriebenen Leuchtdioden. Das heißt, sämtliche für die Leuchtdiode beschriebenen Merkmale sind auch für das Leuchtmodul beschrieben und umgekehrt. Die Leuchtdioden im Leuchtmodul sind in den lateralen Richtungen benachbart zueinander angeordnet und mechanisch miteinander verbunden. Dazu können sich die Leuchtdioden im Leuchtmodul beispielsweise zumindest eine Komponente teilen. Beispielsweise weisen sie einen gemeinsamen Träger auf, oder sind durch das erste optische Element und/oder das zweite optische Element mechanisch miteinander verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Leuchtmoduls weist jede Leuchtdiode in der Draufsicht eine sechseckige Kontur auf, wobei zumindest eine der Leuchtdioden in den lateralen Richtungen an sechs gleichartige Leuchtdioden grenzt. Mit anderen Worten können die Leuchtdioden in der Draufsicht eine sechseckige Form aufweisen und können wabenartig nebeneinander angeordnet sein. Durch diese Anordnung ist ein besonders kompaktes Leuchtmodul realisiert, bei dem besonders viele Leuchtdioden auf einer besonders kleinen Fläche angeordnet werden können. Zur Erhöhung der Leuchtdichte des vom Leuchtmodul erzeugten Lichts können die Leuchtdioden Leuchtdiodenchips umfassen, welche in vertikaler Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei jede Ebene der Leuchtdioden einen Teil des ersten optischen Elements und damit einen Reflektor umfasst.
Im Folgenden werden die hier beschriebene Leuchtdiode sowie das hier beschriebene Leuchtmodul anhand von Figuren und den dazugehörigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Anhand der schematischen Darstellungen der 1, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B, 7A, 7B, 8A, 8B sind Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Leuchtdioden näher erläutert.
In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der 9A, 9B, 10A, 10B sind Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Leuchtmodulen näher erläutert.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode 100 in einer schematischen Schnittdarstellung. Die Leuchtdiode 100 umfasst einen Träger 1. Bei dem Träger kann es sich beispielsweise um einen Anschlussträger handeln, wie eine Leiterplatte, eine bedruckte Leiterplatte, eine Metallkernplatine, einen Anschlussträger mit keramischem Grundkörper und elektrischen Anschlussstellen oder einen metallischen Leiterahmen, der in ein Kunststoffmaterial eingebettet ist.
An der Oberseite des Trägers 1 sind die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 mechanisch befestigt und elektrisch leitend angeschlossen. Bei den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 handelt es sich beispielsweise um einen blaues Licht emittierenden Leuchtdiodenchip 11, einen rotes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip 12 und einen grünes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip 13.
Sämtliche Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 sind in der Draufsicht von einem ersten optischen Element 2 überdeckt. Das erste optische Element 2 ist für das von den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 im Betrieb emittierte Licht reflektierend ausgebildet. Das erste optische Element 2 ist beispielsweise rahmenartig oder ringartig ausgebildet und die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 sind entlang des Rahmens oder des Rings derart angeordnet, dass sie in der vertikalen Richtung L vollständig vom ersten optischen Element 2 überdeckt sind, sodass sie in Draufsicht auf die Leuchtdiode, zum Beispiel in einer Blickrichtung, die parallel zur vertikalen Richtung V verläuft, nicht sichtbar sind.
Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 können von einem Umhüllungskörper 4 umhüllt sein, der beispielsweise strahlungsstreuend ausgebildet sein kann. Dazu kann es sich bei dem Umhüllungskörper 4 um einen Vergusskörper handeln, der zum Beispiel ein Silikon mit hohem Brechungsindex aufweist, in das lichtstreuende oder lichtreflektierende Partikel 42 eines Diffusors, wie beispielsweise Titandioxid, eingebracht sind.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist es jedoch auch möglich, auf den Umhüllungskörper 4 zu verzichten. Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 grenzen dann beispielsweise an Luft.
Ferner kann die Leuchtdiode der 1 ein zweites optisches Element 3 umfassen, dessen dem Träger 1 abgewandte Außenfläche die einzige Strahlungsaustrittsfläche der Leuchtdiode bildet. Das zweite optische Element 3 ist rahmenförmig oder ringförmig vom ersten optischen Element 2 umgeben. Bei dem zweiten optischen Element 3 kann es sich zum Beispiel um eine Linse oder einen Streukörper zur Streuung des durchtretenden Lichts handeln.
Das erste optische Element 2 ist insbesondere strahlungsundurchlässig ausgebildet und weist für das von den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 emittierte Licht eine Reflektivität von wenigstens 90 % auf. Der Durchmesser der Leuchtdiode in den lateralen Richtungen L kann beispielsweise wenigstens 1 cm und höchstens 5 cm betragen. Die vertikale Erstreckung in die vertikale Richtung V beträgt beispielsweise höchstens 2 cm, insbesondere höchstens 1 cm.
In Verbindung mit der schematischen Seitenansicht der 2A und der schematischen Draufsicht der 2B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Leuchtdiode einen Umhüllungskörper 4, der ein Silikon mit hohem Brechungsindex sowie Partikel eines Diffusors umfasst. Der Umhüllungskörper 4 grenzt stellenweise direkt an die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13. Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 können dabei derart montiert sein, dass ihre Hauptabstrahlfläche quer oder senkrecht zur Montagefläche verläuft.
Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 sind von einem weiteren Umhüllungskörper 41 umgeben, der an der dem Träger 1 abgewandten Seite bündig mit den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 abschließen kann. Der weitere Umhüllungskörper 41 ist beispielsweise strahlungsreflektierend ausgebildet und weist dazu zum Beispiel Titandioxid auf, welches in ein Matrixmaterial wie beispielsweise ein Silikon mit niedrigerem Brechungsindex eingebracht sein kann. Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 sind am Rand der Leuchtdiode entlang eines Rings unterhalb des ersten optischen Elements 2 angeordnet, sodass sie in Draufsicht auf die Leuchtdiode von diesem überdeckt sind (vergleiche dazu insbesondere die 2B). Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 können dabei zusammen mit dem weiteren Umhüllungskörper 41 auch als sogenannte Sidelooker-LEDs ausgeführt sein. Das heißt, die Leuchtdiodenchips können als fertige, seitenemittierende Leuchtdioden in die hier beschriebene Leuchtdiode eingebracht werden.
Bei der Leuchtdiode 100 wird das von den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 im Betrieb emittierte Licht durch die reflektierenden Flächen des ersten optischen Elements 2 in einen räumlich eng begrenzten Bereich in die Mitte der Leuchtdiode gelenkt, wo der Umhüllungskörper 4 beispielsweise einen konvex gekrümmten Bereich aufweist, der sich aus dem ersten optischen Element 2 hinaus erstreckt und ein zweites optisches Element 3, in diesem Fall eine linsenartige Struktur, bildet.
Im Umhüllungskörper 4 erfolgt – zum Beispiel aufgrund des Diffusors – eine Durchmischung des Lichts der verschiedenfarbigen Leuchtdiodenchips 11, 12, 13. Der Lichtaustritt erfolgt dann ausschließlich durch das zweite optische Element 3, das heißt den vom ersten optischen Element 2 unbedeckten Bereich der Außenfläche des Umhüllungskörpers 4. Dabei hat sich gezeigt, dass durch die Wahl eines hochbrechenden Grundmaterials für den Umhüllungskörper 4 und eines niedrigbrechenden Grundmaterials für das erste optische Element 2 die Effizienz des Bauteils erhöht werden kann. Das erste optische Element 2 und der weitere Umhüllungskörper 41 können beispielsweise durch Casting erzeugt werden. Der erste Umhüllungskörper 4 mit dem zweiten optischen Element 3 wird beispielsweise durch Molden erzeugt.
In Verbindung mit der schematischen Seitenansicht der 3A und der schematischen Draufsicht der 3B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode näher erläutert.
Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Leuchtdiode im Ausführungsbeispiel der 3A und 3B einen Gehäusekörper 5 als zusätzliches Element auf. Der Gehäusekörper 5 ist beispielsweise mit dem Träger 1, der einen Leiterrahmen umfassen kann, verbunden und bildet mit diesem ein Gehäuse für die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13. Der Gehäusekörper 5 kann dabei reflektierend ausgebildet sein. Der Gehäusekörper 5 grenzt direkt an den Umhüllungskörper 4 und wird von diesem stellenweise überragt. Mit dem Gehäusekörper 5 ist es möglich, das von den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 abgestrahlte Licht zu kollimieren und auf diese Weise an der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode eine besonders hohe Leuchtdichte zu erzielen.
In Verbindung mit der schematischen Seitenansicht der 4A und der schematischen Draufsicht der 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode beschrieben. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen umfasst die Leuchtdiode in diesem Ausführungsbeispiel eine Blende 6, bei der es sich beispielsweise um eine eingeschwärzte Schicht handelt, die stellenweise mit dem ersten optischen Element 2 und dem Umhüllungskörper 4 in direktem Kontakt steht. Durch die Blende 6 kann die Reflektivität des zweiten optischen Elements 3 von außen abgedeckt werden, sodass sich ein Kontrast zwischen der Lichtaustrittsfläche im Bereich des zweiten optischen Elements 3 und seiner Umgebung erhöht. Die Blende 6 umschließt dabei das zweite optische Element 3 und damit die Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode ringförmig oder rahmenartig. Eine solche Blende 6 ist bei sämtlichen Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchtdioden einsetzbar.
In Verbindung mit der schematischen Seitenansicht der 5A sowie der schematischen Draufsicht der 5B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode gezeigt, bei der die Leuchtdiode besonders flach ausgeführt sein kann. Das zweite optische Element 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Fresneloptik ausgebildet, welche direkt an den Umhüllungskörper 4 grenzt oder in dessen Außenfläche strukturiert ist. Das erste optische Element 2 bildet einen reflektierenden Kunststoffring, der das zweite optische Element 3 in den lateralen Richtungen L vollständig umgibt. Ferner umfasst die Leuchtdiode einen Spiegel 7, der zwischen den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 an einer dem zweiten optischen Element 3 abgewandten Unterseite des Umhüllungskörpers 4 angeordnet ist. Der Spiegel 7 erhöht dabei die Lichtaustrittswahrscheinlichkeit und kann bei sämtlichen Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Leuchtdioden zum Einsatz kommen. Aufgrund des zweiten optischen Elements 3, das als Fresnellinse ausgebildet ist, kann mit der in Verbindung mit den 5A und 5B beschriebenen Ausführungsform der Leuchtdiode eine besonders flache Leuchtdiode, die in vertikalen Richtungen V eine besonders geringe Erstreckung aufweist, realisiert werden.
In Verbindung mit der schematischen Seitenansicht der 6A und der schematischen Draufsicht der 6B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode näher erläutert. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 5A und 5B ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich ein weiterer Umhüllungskörper 41 um jeden der Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 angebracht. Der weitere Umhüllungskörper 41 ist beispielsweise mit einem strahlungsreflektierenden Material gebildet, das die Halbleiterchips derart umgeben kann, dass lediglich eine Seitenfläche eines jeden Halbleiterchips 11, 12, 13 direkt an den Umhüllungskörper 4 grenzt.
In Verbindung mit den schematischen Ansichten der 7A und 7B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Leuchtdiode näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 zumindest teilweise in der vertikalen Richtung V beabstandet zueinander angeordnet. Beispielsweise der blaues Licht emittierende Leuchtdiodenchip 11 ist gegenüber dem rotes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip 12 und dem grünes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip 13 erhöht angeordnet. Er kann beispielsweise über eine Durchkontaktierung 9, die sich durch einen Teil des Umhüllungskörpers 4 erstrecken kann, mit Leiterbahnen 8 des Trägers 1 elektrisch leitend verbunden sein. Die Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 sind jeweils stellenweise vom Umhüllungskörper 4 umgeben und vom ersten optischen Element 2 überdeckt. Damit umfasst die Leuchtdiode 100 durch das erste optische Element 2 lateral begrenzte und übereinander gestapelte Farbmischkammern, in denen sich das von den Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 im Betrieb erzeugte Licht mischen kann. Die Bauform der 7A und 7B erlaubt es dabei, die Leuchtdiode in den lateralen Richtungen L besonders klein auszubilden.
In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der 8A und 8B ist ein Ausführungsbeispiel der Leuchtdiode 100 beschrieben, bei dem in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel der 7A und 7B keine Durchkontaktierung 9 vorhanden ist. Vielmehr ist beispielsweise der blaues Licht emittierende Leuchtdiodenchip 11 auf einen Träger 1b montiert, der in vertikaler Richtung V beabstandet vom Träger 1a angeordnet ist. Dies ermöglicht eine vereinfachte Kontaktierung des in der Ebene des zweiten Trägers 1b montierten Leuchtdiodenchips 11.
In Verbindung mit den schematischen Perspektivdarstellungen der 9A und 9B sind Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Leuchtmoduls näher erläutert. Das Leuchtmodul umfasst eine Vielzahl von Leuchtdioden 100, die jeweils eine sechseckige Kontur aufweisen können. Das Leuchtmodul weist selbst eine sechseckige Kontur auf und setzt sich beispielsweise aus sieben hier beschriebenen Leuchtdioden 100 zusammen. Dabei können, wie in der 9A dargestellt, Leuchtdioden zum Einsatz kommen, in denen sämtliche Leuchtdiodenchips 11, 12, 13 in einer Ebene angeordnet sind, oder, wie in der 9B dargestellt, Leuchtdioden 100, bei denen zumindest einer der Leuchtdiodenchips 11 in der vertikalen Richtung V beabstandet zu den übrigen Leuchtdiodenchips 12, 13 angeordnet ist.
Die sechseckige Form des Moduls erweist sich dabei als besonders vorteilhaft für eine kompakte räumliche Anordnung des Leuchtmoduls. So können die sechseckigen Leuchtmodule sehr dicht aneinander gesetzt werden, wodurch eine besonders große leuchtende Fläche erzeugt werden kann.
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der 10A und 10B sind Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Leuchtmoduls näher erläutert, bei denen unterschiedliche Arten von hier beschriebenen Leuchtdioden 100 in einem Leuchtmodul zum Einsatz kommen. Die Leuchtdioden 100 weisen dabei einen gemeinsamen Träger 1 und ein gemeinsames zweites optisches Element 3 auf. Ferner können sich die Leuchtdioden 100 auch das erste optische Element 2 teilen, das über das gesamte Leuchtmodul zusammenhängend ausgebildet ist.
In Verbindung mit der 10A ist dabei ein Leuchtmodul gezeigt, bei dem in der Leuchtdiode 100 auf der linken Seite ein Reflektor 10 als weitere Auskoppelstruktur vorhanden ist, die als additive Auskoppelstruktur zur Veränderung der Abstrahlcharakteristik des von der Leuchtdiode im Betrieb emittierten Lichts dient.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b: Träger
11, 12, 13: Leuchtdiodenchip
2: erstes optisches Element
3: zweites optisches Element
4: Umhüllungskörper
41: weiterer Umhüllungskörper
42: Partikel
5: Gehäusekörper
6: Blende
7: Spiegel
8: Leiterbahn
9: Durchkontaktierung
10: Reflektor
100: Leuchtdiode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/045353 A1 [0002]

Claims

Leuchtdiode (100) mit – zumindest einem Leuchtdiodenchip (11, 12, 13), und – einem ersten optischen Element (2), das für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip (11, 12, 13) im Betrieb erzeugte Licht reflektierend ist, wobei – das erste optische Element (2) zumindest einen der Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) in einer Draufsicht vollständig überdeckt.
Leuchtdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei der das erste optische Element alle Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) in der Draufsicht vollständig überdeckt.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das erste optische Element für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip (11, 12, 13) im Betrieb erzeugte Licht undurchlässig ist.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche mit – einem Umhüllungskörper (4), der für das vom zumindest einen Leuchtdiodenchip (11, 12, 13) im Betrieb erzeugte Licht durchlässig ist, wobei – der Umhüllungskörper (4) an alle Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) grenzt.
Leuchtdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei der das erste optische Element (2) den Umhüllungskörper (4) in der Draufsicht stellenweise überdeckt.
Leuchtdiode (100) nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei der das erste optische Element (2) stellenweise an den Umhüllungskörper (4) grenzt.
Leuchtdiode (100) nach einem der drei vorherigen Ansprüche, bei der der Umhüllungskörper (4) zum Mischen des von den Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) im Betrieb erzeugten Lichts ausgebildet ist.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche mit zumindest einen blaues Licht emittierenden Leuchtdiodenchip (11), zumindest einen rotes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip (12) und zumindest einen grünes Licht emittierenden Leuchtdiodenchip (13).
Leuchtdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche mit – einem zweiten optischen Element (3), das zur optischen Beeinflussung des von allen Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) im Betrieb erzeugten Lichts ausgebildet ist.
Leuchtdiode (100) nach dem vorherigen Anspruch, bei der das von den Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) im Betrieb erzeugte Licht die Leuchtdiode ausschließlich durch das zweite optische Element (3) verlässt.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche mit – einer Blende (6), die für das von den Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) im Betrieb erzeugte Licht undurchlässig ist, wobei – die Blende (6) das zweite optische Element (3) in lateralen Richtungen vollständig umgibt.
Leuchtdiode (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Leuchtdioden (100) zumindest zwei der Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) umfasst und zumindest einer der Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) in einer vertikalen Richtung beabstandet zu zumindest einem anderen der Leuchtdiodenchips (11, 12, 13) angeordnet ist.
Leuchtmodul mit – zumindest zwei Leuchtdioden (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die Leuchtdioden (100) in den lateralen Richtungen benachbart zueinander angeordnet sind, und – die Leuchtdioden (100) mechanisch miteinander verbunden sind.
Leuchtmodul nach dem vorherigen Anspruch, bei dem jede Leuchtdiode (100) in der Draufsicht eine sechseckige Kontur aufweist, wobei zumindest eine der Leuchtdioden (100) in den lateralen Richtungen an sechs Leuchtdioden (100) grenzt.
Leuchtmodul nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, das in der Draufsicht eine sechseckige Kontur aufweist.