DE102014206019A1

DE102014206019A1 - LED-Anordnung

Info

Publication number: DE102014206019A1
Application number: DE102014206019.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Kraus
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-09-24

Abstract

Offenbart ist eine LED-Anordnung mit zumindest einer anregenden LED, deren Licht über einen Leuchtstoff in cyanfarbenes bzw. mintfarbenes Licht wandelbar ist. Die Anordnung hat weiterhin zumindest eine rot emittierende LED. Erfindungsgemäß sind alle LEDs der Anordnung, also die anregende(n) LED(s) und die rot emittierende(n) LED(s) auf einer gemeinsamen Leiterpatte montiert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von LED-Anordnungen, bei denen mehrere verschiedenfarbene LEDs gruppiert sind um weißes Licht zu erzeugen.
Stand der Technik
Gemäß dem Stand der Technik wird in der energiesparenden LED-Technologie weißes Licht durch verschiedene LEDs über additive Farbmischung erzeugt. Dabei können Leuchtstoffe verwendet werden. So ist es bekannt, eine blau strahlende LED mit einer weiteren blau strahlenden LED zu kombinieren, deren Licht über einen Leuchtstoff in gelbes Licht gewandelt wird. Weiterhin ist es bekannt, rotes, grünes und blaues Licht durch LEDs und Leuchtstoffe zu erzeugen und zu mischen. Bei beiden Beispielen wird durch additive Farbmischung weißes Licht erzeugt.
Die Erfindung betrifft insbesondere LED-Anordnungen, bei denen zur Erzeugung von weißem Licht rotes und cyanfarbenes bzw. mintfarbenes Licht gemischt werden. Das so erzeugte weiße Licht hat ein hohe spektrale Effizienz. Dabei werden gemäß dem Stand der Technik die einzelnen LEDs baulich voneinander getrennt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED-Anordnung mit verringertem vorrichtungstechnischem Aufwand und Platzbedarf zu schaffen, bei der Licht von Quellen mit unterschiedlichen Wellenlängenbereichen, insbesondere rotes und blaugrünes Licht, gemischt werden. Als rotes Licht im Sinne dieser Anmeldung ist insbesondere elektromagnetische Strahlug in einem Wellenlängenbereich von 600 nm bis 700 nm anzusehen, während cyanfarbenes Licht im Sinne dieser Anmeldung insbesondere einen Wellenlängenbereich 450nm bis 500 nm, bevorzugt eine Wellenlänge von 480 nm umfasst. Mintfarbenes Licht ist insbesondere durch eine Mischung aus blauen und grünen Komponenten erzeugbar, wobei der Wellenlängenbereich für blaues Licht bevorzugt zwischen 420 nm und 460 nm und der für grünes Licht bevorzugt zwischen 495 nm und 550 nm angesehen wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung mit einer LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, deren Licht über einen Leuchtstoff in Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich wandelbar ist, und mit einer LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, wobei der erste Wellenlängenbereich zumindest teilweise kürzere Wellenlängen umfasst als der zweite Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise kürzere Wellenlängen umfasst als der dritte Wellenlängenbereich, wobei die LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt und die LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, auf einer gemeinsamen Leiterpatte montiert sind.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, wenn der dritte Wellenlängenbereich Wellenlängen von 600 nm bis 700 nm umfasst. Dies wird als rotes Licht wahrgenommen. LEDs, die in diesem Wellenlängenbereich abstrahlen, besitzen eine besonders gute Effizienz.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen von 450nm bis 500 nm, bevorzugt 480 nm umfasst. Dies wird als cyanfarbenes Licht wahrgenommen. Es kann auch zweckmäßig sein, wenn der zweite Wellenlängenbereich dem von mintfarbenem Licht entspricht, d.h. einer Mischung von Licht zweier Wellenlängenbereiche.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, ein Oberflächenemitter, so dass sie nur über ihre Oberfläche (beispielsweise rotes) Licht abstrahlt. Dabei ist eine Absorption verringert und die Effizienz der LED-Anordnung erhöht.
Dabei kann die zumindest eine LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, eine Dünnfilm-LED sein.
Die zumindest eine LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, kann ein Volumenenemitter sein, der über seine Oberfläche und seine Seiten anregendes Licht zum Leuchtstoff abstrahlt.
Die LED-Anordnung ist besonders energieeffizient, wenn die zumindest eine LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, blau emittierend ist. Der Wellenlängenbereich für blaues Licht im Sinne dieser Anmeldung liegt bevorzugt zwischen 420 nm und 460 nm.
Es wird bevorzugt, wenn die LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, eine Saphir-LED ist.
Zur effektiven Anregung des Leuchtstoffs kann dieser die LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, überdecken und umgeben. Dabei bleibt der Leuchtstoff zur Vermeidung von Absorption von der zumindest einen LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, beabstandet.
Fertigungstechnisch einfacher ist es, wenn zur Vermeidung von Absorption der Leuchtstoff die zumindest eine LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, überdeckt und umgibt und dabei auch die zumindest eine LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, umgibt, also in seitlichem Kontakt mit der LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, steht. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Oberfläche der LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, frei von Leuchtstoff ist.
Als „seitlich“ bzw. „oben“ und verwandte Bezeichnungen sind im Sinne dieser Anmeldung insbesondere Richtungsangaben anzusehen, die Richtungen senkrecht bzw. parallel zu einer Hauptabstrahlrichtung einer LED und/oder einer Montagefläche für die LED angeben.
Gemäß einer bevorzugten ersten Variante weist die Leiterplatte eine oder mehrere Erhöhungen auf, auf denen eine oder mehrere LEDs, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlen, montiert sind. Dabei ist die zumindest eine anregende LED beabstandet von der Erhöhung oder benachbart zur Erhöhung auf einen niedrigeren Niveau der Leiterplatte montiert.
Gemäß einer bevorzugten zweiten Variante weist die Leiterplatte Vertiefungen auf, in denen eine oder mehrere LEDs, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt bzw. abstrahlen, montiert ist bzw. sind. Dabei ist die zumindest eine LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, beabstandet von der Vertiefung oder benachbart zur Vertiefung auf einen höheren Niveau der Leiterplatte montiert.
Bei beiden Varianten sind die LEDs, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlen, erhöht gegenüber den LEDs, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlen, so dass ein umgeben – z.B. umgießen – der LEDs, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlen, mit Leuchtstoff möglich ist, ohne dass die LEDs, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlen, mit Leuchtstoff überdeckt werden, und ohne dass sich ihr Licht in der erfindungsgemäßen LED-Anordnung vermischen und absorbieren kann.
Dabei kann die Leiterplatte ein punched leadframe mit welligem Querschnitt oder eine keramische Leiterplatte sein.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ergibt sich aus der Oberfläche der zumindest einen LED, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, und aus der Oberfläche des Leuchtstoffs etwa eine Ebene.
Bei eine fertigungstechnisch einfachen Variante ist die Leiterplatte flach oder eben. Dann kann sich eine unebene Oberfläche des Leuchtstoffs ergeben, insbesondere wenn dieser über der LED, die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, eine Wölbung bildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt einen Ausschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung in einer seitlichen geschnittenen Darstellung. Sie hat eine keramische Leiterplatte 1, deren Unterseite eben ist. An der Oberseite der Leiterplatte 1 sind gleichmäßig über die Oberfläche verteilte Erhöhungen 2 vorgesehen, von denen in 1 nur zwei Erhöhungen 2 gezeigt sind. Auf jeder Erhöhung 2 ist eine rote Dünnfilm-LED 4 montiert.
In dem zwischen den Erhöhungen 2 gebildeten Vertiefungen 6 sind ebenfalls gleichmäßig verteilt blaue Saphir-LEDs 8 angeordnet, von denen in 1 nur zwei Saphir-LEDs 8 gezeigt sind. Somit ergibt sich auf der Oberfläche der Leiterplatte 1 ein LED-Array mit gleichmäßig abwechseln verteilten LEDs 4, 8 verschiedener Bauart und Lichtfarbe.
Bereiche über und neben den blauen Saphir-LEDs 8 und darüber hinaus alle Bereiche zwischen den roten Dünnfilm-LEDs 4 sind mit Leuchtstoff 10 ausgefüllt. Dieser Leuchtstoff 10 wird durch die blauen Saphir-LEDs 8 zum Leuchten angeregt und gibt dabei cyanfarbenes bzw. mintgrünes Licht ab. Dabei ist der Austritt des cyanfarbenen Lichts entkoppelt vom Austritt des roten Lichts, der jeweils nur über eine Oberfläche 12 der roten Dünnfilm-LED 4 erfolgt.
2 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels einen erfindungsgemäßen LED-Anordnung in einer seitlichen geschnittenen Darstellung. Dabei ist der Aufbau des LED-Arrays mit den roten LEDs 4, den blauen LEDs 8 und mit dem Leuchtstoff 10 vergleichbar mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist eine metallische Leiterplatte 101 vorgesehen, wobei die verschiedenen Niveaus der Oberfläche durch Umformen, z.B. durch Pressen erzeugt wurden. Dadurch werden ebenfalls an der Oberfläche der Leiterplatte 101 Erhöhungen 102 bzw. dazwischen verbleibenden Vertiefungen 106 erzeugt. Bei der Leiterplatte 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Unterseite analog zur Oberseite geformt.
3 zeigt einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen LED-Anordnung in einer seitlichen geschnittenen Darstellung. Dabei ist der Aufbau des LED-Arrays mit den roten LEDs 4 und den blauen LEDs 8 vergleichbar mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist eine herkömmliche Leiterplatte 201 vorgesehen, die an ihrer Unter- und an ihrer Oberseite plan oder eben ist. Da abwechselnd nur die blauen LEDs 8 vom Leuchtstoff 201 überdeckt sind, während die roten Dünnfilm-LEDs 4 an ihrer Oberseite unbedeckt sind, ergibt sich beim dritten Ausführungsbeispiel eine wellige Oberfläche 114 des Leuchtstoffs 210.
Bei den drei Ausführungsbeispielen ist die erfindungsgemäße optische Entkopplung des roten Lichts, das nur aus der Oberfläche 12 der roten Dünnfilm-LED 4 austritt, und des cyanfarbenen Lichts, das nur aus der Oberfläche 14, 114 des Leuchtstoffs 10, 210 austritt, gewährleistet.
Bezugszeichenliste

1; 101; 201: Leiterplatte
2; 102: Erhöhung
4: rote Dünnfilm-LED
6; 106: Vertiefung
8: blaue Saphir-LED
10; 210: Leuchtstoff
12: Oberfläche
14; 114: Oberfläche

Claims

LED-Anordnung mit einer LED (8), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, deren Licht über einen Leuchtstoff (10; 210) in Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich wandelbar ist, und mit einer LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, wobei der erste Wellenlängenbereich zumindest teilweise kürzere Wellenlängen umfasst als der zweite Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise kürzere Wellenlängen umfasst als der dritte Wellenlängenbereich, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (8), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt und die LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, auf einer gemeinsamen Leiterpatte (1; 101; 201) montiert sind.
LED-Anordnung nach Anspruch 1 wobei der dritte Wellenlängenbereich Wellenlängen von 600 nm bis 700 nm umfasst
LED-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Wellenlängenbereich Wellenlängen von 450nm bis 500 nm, bevorzugt 480 nm umfasst
LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, ein Oberflächenemitter ist.
LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, eine Dünnfilm-LED (4) ist.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LED (8), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, ein Volumenemitter ist.
LED-Anordnung nach Anspruch 6, wobei die LED (8), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, eine Saphir-LED (8) ist.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leuchtstoff (10; 210) die LED (8), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, überdeckt und umgibt und die LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, umgibt.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (1; 101) eine oder mehrere Erhöhungen (2; 102) aufweist, auf der jeweils zumindest eine LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, montiert ist, und wobei die zumindest eine LED (4), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt beabstandet von der Erhöhung (2; 102) oder benachbart zur Erhöhung (2; 102) auf der Leiterplatte (1; 101) montiert ist oder sind.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (1; 101) eine oder mehrere Vertiefungen (6; 106) aufweist, in der jeweils zumindest eine LED (4), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich abstrahlt, montiert ist, und wobei die zumindest eine LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, beabstandet von der Vertiefung (6; 106) oder benachbart zur Vertiefung (6; 106) auf der Leiterplatte (1; 101) montiert ist.
LED-Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Leiterplatte ein punched leadframe (101) mit welligem Querschnitt oder eine keramische Leiterplatte (1) ist.
LED-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche (12) der zumindest einen LED (4), die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich abstrahlt, und eine Oberfläche des Leuchtstoffs (10) etwa eine Ebene bilden.
LED-Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, wobei die Leiterplatte (201) im Wesentlichen eben ist.