DE102017100705B4 - Beleuchtungsvorrichtung und Betriebsverfahren für eine solche Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Beleuchtungsvorrichtung und Betriebsverfahren für eine solche Beleuchtungsvorrichtung Download PDF

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (1) mit mindestens einem Grundchip (21) und mit mehreren Deckemitterbereichen (22), wobei- der mindestens eine Grundchip (21) und die Deckemitterbereiche (22) unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind und parallel zueinander ausgerichtete Hauptabstrahlrichtungen (M) aufweisen,- die Deckemitterbereiche (22) in Draufsicht gesehen teilweise überlappend mit dem mindestens einen Grundchip (21) angeordnet sind, sodass ein Überlappbereich (3) gebildet wird und der mindestens eine Grundchip (21) die Deckemitterbereiche (22) im Betrieb durchstrahlt,- sich die Deckemitterbereiche (22) in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen (M) befinden, und- die Beleuchtungsvorrichtung (1) mindestens ein optisches Separationselement (72) umfasst, mit dem eine Strahlaufteilung zwischen Licht aus mindestens zwei der folgenden Bereiche erzielbar ist:(i) Licht aus dem Überlappbereich (3),(ii) Licht aus den Deckemitterbereichen (22) außerhalb des Überlappbereichs (3),(iii) Licht aus dem mindestens einen Grundchip (21) außerhalb des Überlappbereichs (3).

Description

  • Es wird eine Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren für eine solche Beleuchtungsvorrichtung angegeben.
  • In der Druckschrift US 2014 / 0 054 618 A1 ist ein LED-Bauelement mit einem LED Chip mit einem Saphir-Substrat angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine kostengünstige Beleuchtungsvorrichtung anzugeben, die als variable Lichtquelle für eine Grundbeleuchtung und für eine punktuelle Beleuchtung verwendbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung und durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung einen oder mehrere Grundchips. Darüber hinaus beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung mehrere Deckemitterbereiche. Die Deckemitterbereiche können je durch einen Deckchip realisiert sein oder es sind bevorzugt alle oder mehrere der Deckemitterbereiche in einem Deckchip zusammengefasst. Bei dem mindestens einen Grundchip und bei den Deckemitterbereichen, also bei dem mindestens einen Deckchip, handelt es sich jeweils um Leuchtdiodenchips.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckemitterbereiche und die Grundchips unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Dies gilt bevorzugt sowohl innerhalb einer Gruppe, also innerhalb der Grundchips sowie innerhalb der Deckemitterbereiche, als auch zwischen den Grundchips und den Deckemitterbereichen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die verwendeten Leuchtdiodenchips zueinander parallel ausgerichtete Hauptabstrahlrichtungen auf. Der Begriff parallel ist hier und im Folgenden insbesondere mit einer Winkeltoleranz von höchstens 30° oder 15° oder 5° zu verstehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckemitterbereiche teilweise überlappend mit dem mindestens einen Grundchip angeordnet. Das heißt, in Draufsicht gesehen bedecken die Deckemitterbereiche den mindestens einen Grundchip zum Teil. Der Bereich, in dem die Deckemitterbereiche auf dem Grundchip angeordnet sind, stellt einen Überlappbereich dar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchstrahlt der mindestens eine Grundchip zumindest den zugehörigen oder die zugehörigen, auf diesem Grundchip angeordneten Deckemitterbereich. Das heißt, zumindest ein Strahlungsanteil von dem Grundchip kann die Beleuchtungsvorrichtung nur durch den Deckemitterbereich hindurch verlassen. Insbesondere werden die Deckemitterbereiche lediglich in dem Überlappbereich oder näherungsweise nur in dem Überlappbereich von dem Grundchip durchstrahlt. In dem Überlappbereich ist eine Strahlrichtung der Grundchips durch den zumindest einen zugeordneten Deckemitterbereich hindurch parallel oder näherungsweise parallel zur Hauptabstrahlrichtung ausgerichtet. Das heißt, innerhalb der Deckemitterbereiche erfolgt keine oder keine signifikante Strahlaufweitung des vom mindestens einen Grundchip stammenden Lichts.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckemitterbereiche in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen angeordnet. Insbesondere schließen die Deckemitterbereiche entlang der Hauptabstrahlrichtung an einer dem mindestens einen Grundchip zugewandten und/oder an einer dem mindestens einen Grundchip abgewandten Seite bündig miteinander ab. Der Begriff senkrecht ist mit denselben Toleranzen zu verstehen wie der Begriff parallel.
  • In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungseinrichtung mindestens einen Grundchip und mehrere Deckemitterbereiche. Dabei sind der oder die Grundchips sowie die Deckemitterbereiche je durch einen oder durch mehrere Leuchtdiodenchips realisiert und unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Hauptabstrahlrichtungen dieser Leuchtdiodenchips sind parallel zueinander ausgerichtet. Die Deckemitterbereiche sind teilweise überlappend mit dem mindestens einen Grundchip angeordnet, so dass ein Überlappbereich gebildet wird und der mindestens eine Grundchip die Deckemitterbereiche im Betrieb durchstrahlt. Die Deckemitterbereiche sind in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen angebracht, wobei sich der mindestens eine Grundchip in einer anderen Ebene befindet.
  • Die hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere als kompakter Scheinwerfer etwa für Kraftfahrzeuge einsetzbar. Mit dieser Beleuchtungsvorrichtung sind auf effiziente und kostengünstige Weise adaptive Merkmale eines Scheinwerfers realisierbar. Neben einer partiellen Ausleuchtung bestimmter Bereiche kann eine Leuchtdichte durch die beschriebene Anordnung der Leuchtdiodenchips ortsgesteuert erhöht werden. Dies ermöglicht es, ohne mechanische Komponenten diffuse oder fokussierte Abstrahlcharakteristiken zu betonen oder miteinander zu überlagern. Weiterhin ist es möglich, solche Beleuchtungsvorrichtungen mit einer steuerbaren Ortsabstrahlung und Winkelabstrahlung zur Raumbeleuchtung zu verwenden.
  • Durch die drei zur Verfügung stehenden Beleuchtungsmodi, also Betreiben des mindestens einen Grundchips alleine, Betreiben zumindest eines Teils der Deckemitterbereiche und gemeinsames Betreiben des mindestens einen Grundchips sowie zumindest eines Teils der Deckemitterbereiche, können verschiedene Beleuchtungseigenschaften realisiert werden. Dies ist bei der Verwendung herkömmlicher Lichtquellen auf Halbleiterbasis, bei der die einzelnen Einheiten für die Leuchtdioden in Draufsicht gesehen nur nebeneinander oder deckungsgleich übereinander angeordnet sind, nicht möglich. Insbesondere im Vergleich zu fein pixellierten adaptiven Frontscheinwerfern auf Basis von einzelnen Mikro-LEDs ist zudem eine erhebliche Kostenreduzierung gegeben.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen der mindestens eine Grundchip und die Deckemitterbereiche jeweils eine durchgehende, zusammenhängende aktive Schicht auf. Die aktive Schicht ist zur Lichterzeugung mittels Elektrolumineszenz eingerichtet. Hieraus folgt, dass der mindestens eine Grundchip im Betrieb die zumindest eine aktive Schicht der Deckemitterbereiche durchstrahlt. Dabei erfolgt keine oder keine signifikante Anregung der aktiven Schicht der Deckemitterbereiche durch Strahlung von dem zumindest einen Grundchip, so dass keine oder keine signifikante Fotolumineszenz innerhalb der Deckemitterbereiche auftritt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform befinden sich die Deckemitterbereiche entlang der Hauptabstrahlrichtungen nahe an dem zumindest einen Grundchip. Ein Abstand zwischen dem Grundchip und den Deckemitterbereichen entlang der Hauptabstrahlrichtungen beträgt bevorzugt höchstens 50 % oder 25 % oder 10 % einer mittleren Kantenlänge des mindestens einen Grundchips. Es ist möglich, dass die Deckemitterbereiche direkt auf dem Grundchip aufgebracht sind.
  • Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform sind mehrere der Grundchips vorhanden. Die Grundchips sind besonders bevorzugt in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Die Ebene der Grundchips ist insbesondere senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Grundchips und/oder die Deckemitterbereiche und/oder die Deckchips in ihrer jeweiligen Ebene dicht nebeneinander angeordnet. Das heißt, ein Zwischenraum zwischen benachbarten Grundchips und Deckemitterbereichen oder Deckchips in der jeweiligen Ebene ist im Vergleich zu einer Kantenlänge dieser Leuchtdiodenchips vernachlässigbar. Beispielsweise beträgt dieser Abstand zwischen benachbarten Leuchtdiodenchips höchstens 40 % oder 20 % oder 10 % der mittleren Kantenlänge der zugehörigen Leuchtdiodenchips.
  • Gemäß zumindest einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Grundchips einerseits und/oder die Deckemitterbereiche andererseits monolithisch aus einem einzigen Halbleiterchip hergestellt und verfügen etwa je über ein gemeinsames Aufwachssubstrat, etwa ein Saphirsubstrat . In diesem Fall sind die Grundchips und/oder die Deckemitterbereiche durch einen pixellierten, größeren Chip, der in separat ansteuerbare aktive Bereiche unterteilt ist, gebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Grundchip durch einen segmentierten Leuchtdiodenchip gebildet. Alternativ oder zusätzlich sind die Deckemitterbereiche durch einen segmentierten Leuchtdiodenchip, also dem Deckchip, realisiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung genau einen oder mindestens 3 oder 5 und/oder höchstens 12 oder 10 oder 8 der Grundchips auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der Deckchips bei genau eins oder bei mindestens 2 oder 4 und/oder bei höchstens 32 oder 16 oder 8. Die Anzahl der Deckemitterbereiche liegt bevorzugt bei mindestens 3 oder 4 und/oder bei höchstens 32 oder 16 oder 8 oder 6. Es ist möglich, dass gleich viele Grundchips und Deckchips vorhanden sind. Alternativ kann die Anzahl der Deckchips die Anzahl der Grundchips übersteigen oder umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Grundchip in mehrere Grundemitterbereiche segmentiert. Die Grundemitterbereiche sind bevorzugt einzeln elektrisch ansteuerbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Grundchips und/oder die Grundemitterbereiche einen quadratischen oder rechteckigen Grundriss auf. Die Kantenlänge der Grundchips und/oder der Grundemitterbereiche liegt beispielsweise bei mindestens 500 µm oder 800 µm und/oder bei höchstens 2 mm oder 1,5 mm. Dies gilt insbesondere für Anwendungen in Scheinwerfern. Die Deckchips und/oder die Deckemitterbereiche weisen bevorzugt eine kleinere Grundfläche auf als die Grundchips und/oder die Grundemitterbereiche und sind bevorzugt rechteckig gestaltet. Eine Längsausdehnung der Deckchips und/oder der Deckemitterbereiche kann parallel zu einer Längsrichtung der Beleuchtungsvorrichtung orientiert sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet, mit Strömen von mindestens 0,8 A oder 1 A und/oder von höchstens 4 A oder 2 A betrieben zu werden. Dies gilt insbesondere für Scheinwerferanwendungen. Bei den genannten Strömen handelt es sich bevorzugt um zeitlich gemittelte Ströme. Die Beleuchtungsvorrichtung ist insbesondere zum dauerhaften Betrieb mit solchen Strömen eingerichtet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Beleuchtungsvorrichtung außer dem mindestens einen Grundchip und den Deckemitterbereichen keine weiteren Lichtquellen auf. Das heißt, bestimmungsgemäß wird von der Beleuchtungsvorrichtung nur Licht von dem zumindest einen Grundchip und dem zumindest einen Deckchip mit den Deckemitterbereichen emittiert. Es ist möglich, dass zu einer Gesamtleistung des insgesamt abgestrahlten Lichts nicht oder nicht signifikant beitragende Komponenten wie Betriebsindikatorleuchten vorhanden sind. Nicht signifikant bedeutet insbesondere einen Beitrag von höchstens 1 %.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Deckchips und/oder die Deckemitterbereiche sowie alternativ oder zusätzlich die Grundchips und/oder die Grundemitterbereiche geometrisch in einer Reihe angeordnet. Das heißt, die Grundchips oder Grundemitterbereiche einerseits und/oder die Deckchips oder Deckemitterbereiche andererseits befinden sich entlang einer geraden Linie. Dabei ist bevorzugt genau eine oder sind genau zwei Reihen von Grundchips oder Grundemitterbereichen und/oder von Deckchips oder Deckemitterbereichen vorhanden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Deckemitterbereiche und/oder der mindestens eine Deckchip an einer dem mindestens einen Grundchip zugewandten Seite eine reflektierende Kontaktstruktur auf. Die Kontaktstruktur ist bevorzugt durch eine Metallisierung aus einer oder aus mehreren Metallschichten gebildet. Die Kontaktstruktur ist bevorzugt undurchlässig für sichtbares Licht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kontaktstruktur in dem Überlappbereich eine oder mehrere Lücken auf. Durch diese Lücken hindurch tritt die von dem mindestens einen Grundchip erzeugte Strahlung in den zugehörigen Deckemitterbereich ein. Mit anderen Worten wird der Deckemitterbereich durch diese Lücken hindurch von dem mindestens einen Grundchip durchstrahlt. Die Lücken können beispielsweise streifenförmig oder punktförmig gestaltet sein, in Draufsicht gesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur der Deckemitterbereiche und/oder des Deckchips außerhalb des Überlappbereichs flächig, lückenlos und/oder lichtundurchlässig gestaltet. Mit anderen Worten kann die Kontaktstruktur außerhalb des Überlappbereichs einen ganzflächigen Metallspiegel für den jeweiligen Deckemitterbereich oder Deckchip darstellen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der mindestens eine Grundchip an einer den Deckemitterbereichen abgewandten Seite eine Spiegelschicht auf. Die Spiegelschicht ist bevorzugt durch eine metallische Kontaktstruktur gebildet und erstreckt sich bevorzugt ganzflächig oder im Wesentlichen ganzflächig über den zugehörigen Grundchip hinweg.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform erzeugen die Deckemitterbereiche und der mindestens eine Grundchip im Betrieb Licht der gleichen Farbe, im Rahmen der Herstellungstoleranzen. Beispielsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Grundchip und bei dem mindestens einen Deckchip um Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von blauem Licht. Insbesondere umfasst der mindestens eine Deckchip und der mindestens eine Grundchip eine Halbleiterschichtenfolge, die auf dem Materialsystem AlInGaN basiert und die auf einem lichtdurchlässigen Substrat wie einem Saphir-Aufwachssubstrat aufgewachsen sein kann.
  • Alternativ können die Deckemitterbereiche und der mindestens eine Grundchip Licht voneinander verschiedener Farben erzeugen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet die Beleuchtungsvorrichtung eine oder mehrere Leuchtstoffschichten. Die mindestens eine Leuchtstoffschicht ist dazu eingerichtet, das von den Leuchtdiodenchips erzeugte Licht teilweise oder vollständig zu absorbieren und in Licht einer anderen, langwelligeren Farbe umzuwandeln. Die Leuchtstoffschicht kann organische oder auch anorganische Leuchtstoffe wie YAG:Ce enthalten. Mit der mindestens einen Leuchtstoffschicht wird bevorzugt, zusammen mit blauem Licht von den Leuchtdiodenchips, weißes Licht erzeugt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die oder weisen die Leuchtstoffschichten eine oder mehrere Stufen auf. Die mindestens eine Stufe befindet sich bevorzugt an einer Grenze des Überlappbereichs hin zu verbleibenden Bereichen des mindestens einen Grundchips. Das heißt, die Leuchtstoffschicht kann an den Deckemitterbereichen an einer anderen Position entlang der Hauptabstrahlrichtungen liegen als über dem mindestens einen Grundchip. Insbesondere ist es möglich, dass sich die Leuchtstoffschicht entlang den Hauptabstrahlrichtungen im Bereich oberhalb des mindestens einen Grundchips an der gleichen Position befindet wie die Deckemitterbereiche. Mit anderen Worten kann die Leuchtstoffschicht oberhalb des mindestens einen Grundchips in derselben Ebene liegen wie die Deckemitterbereiche, insbesondere in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen. Die Leuchtstoffschicht kann sich kontinuierlich und zusammenhängend über die Stufe erstrecken oder von der Stufe in nicht zusammenhängende Teilbereiche separiert sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eine oder mehrere lichtdurchlässige Planarisierungsschichten. Die mindestens eine Planarisierungsschicht befindet sich bevorzugt an einer dem mindestens einen Grundchip abgewandten Seite der Leuchtstoffschicht. Alternativ oder zusätzlich befindet sich die Leuchtstoffschicht teilweise oder vollständig zwischen der Leuchtstoffschicht und dem mindestens einen Grundchip. Hierdurch ist es möglich, dass eine planare, ebene Lichtaustrittsfläche der Beleuchtungsvorrichtung gebildet wird. Die Lichtaustrittsseite wird bevorzugt durch die Planarisierungsschicht alleine oder zusammen mit der Leuchtstoffschicht gebildet. Befindet sich die Planarisierungsschicht zwischen der Leuchtstoffschicht und dem mindestens einen Grundchip, so ist die Lichtaustrittsseite bevorzugt durch die in diesem Fall ebene und planare Leuchtstoffschicht allein gebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein erster Flächenanteil, mit dem der mindestens eine Grundchip von dem mindestens einen Deckchip mit den Deckemitterbereichen überdeckt ist, bei mindestens 10 % oder 15 % oder 20 % oder 25 %. Alternativ oder zusätzlich liegt der erste Flächenanteil bei höchstens 55 % oder 45 % oder 35 %. Mit anderen Worten entspricht der erste Flächenanteil dem Anteil der Fläche des Überlappbereichs an der Gesamtfläche des mindestens einen Grundchips. Der erste Flächenanteil ist bevorzugt relativ klein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform bildet die Fläche des Überlappbereichs bezogen auf die Gesamtfläche der Deckemitterbereiche einen zweiten Flächenanteil. Der zweite Flächenanteil liegt bei mindestens 25 % oder 40 % oder 55 % und/oder bei höchstens 90 % oder 80 % oder 65 %. Mit anderen Worten ist der zweite Flächenanteil verhältnismäßig groß.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der erste Flächenanteil kleiner als der zweite Flächenanteil, bezogen auf die Prozentangaben. Mit anderen Worten nimmt der Überlappbereich an den Deckemitterbereichen einen vergleichsweise großen Flächenanteil ein und an dem mindestens einen Grundchip einen vergleichsweise geringen Flächenanteil.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der mindestens eine Grundchip und/oder die Deckemitterbereiche und/oder der mindestens eine Deckchip in Draufsicht gesehen rechteckig oder quadratisch geformt. Dies gilt bevorzugt für die einzelnen Leuchtdiodenchips als auch für die Gesamtheit der Anordnung der Grundchips sowie der Deckemitterbereiche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform überragen die Deckemitterbereiche den mindestens einen Grundchip entlang einer Seite durchgehend, in Draufsicht gesehen. Alternativ oder zusätzlich überragen die Deckemitterbereiche den mindestens einen Grundchip an zwei einander gegenüber liegenden Seiten vollständig oder, bevorzugt, lediglich teilweise. Es ist möglich, dass eine verbleibende, vierte Seite des mindestens einen Grundchips von den Deckemitterbereichen nicht überragt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der mindestens eine Grundchip und die Deckemitterbereiche in Draufsicht gesehen ringsum von einem Reflektorverguss umgeben. Der Reflektorverguss ist bevorzugt direkt an den mindestens einen Grundchip und an die Deckemitterbereiche angeformt, so dass der Reflektorverguss in direktem Kontakt zu den Leuchtdiodenchips stehen kann. Beispielsweise ist der Reflektorverguss aus einem lichtdurchlässigen Matrixmaterial mit darin enthaltenen Streupartikeln, etwa aus TiO2 oder Al2O3, gebildet. Eine Reflektivität des Reflektorvergusses beträgt insbesondere für weißes oder blaues Licht zum Beispiel mindestens 90 % oder 95 %.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen alle elektrischen Anschlüsse des mindestens einen Grundchips und/oder der Deckemitterbereiche und/oder des mindestens einen Deckchips in die gleiche Richtung, insbesondere in Richtung weg von der Leuchtstoffschicht. Mit anderen Worten kann es sich bei dem zumindest einen Grundchip und dem mindestens einen Deckchip um Flipchips handeln. Der zumindest eine Grundchip und Deckchip umfassen bevorzugt je ein Aufwachssubstrat, insbesondere ein transparentes Aufwachssubstrat, etwa aus Saphir. Auf dem Aufwachssubstrat ist die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht aufgewachsen. Es ist möglich, dass jeder der Leuchtdiodenchips über ein eigenes Aufwachssubstrat verfügt, so dass sich das Aufwachssubstrat nicht durchgehend über mehrere der Leuchtdiodenchips erstreckt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eines oder mehrere optische Elemente. Das mindestens eine optische Element ist dem mindestens einen Grundchip und/oder den Deckemitterbereichen entlang der Hauptabstrahlrichtung nachgeordnet, insbesondere gemeinsam nachgeordnet. Bei dem optischen Element handelt es sich beispielsweise um eine Linse oder um einen Spiegel oder um ein Linsensystem oder ein Spiegelsystem. Zum Beispiel ist das optische Element durch eine oder mehrere Sammellinsen oder durch einen oder mehrere Parabolspiegel oder paraboloide Spiegel gebildet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeigt das optische Element unterschiedliche Abbildungseigenschaften für den mindestens einen Grundchip einerseits und die Deckemitterbereiche andererseits auf. Dies ist beispielsweise dadurch realisiert, dass das optische Element in den dem mindestens einen Grundchip und den Deckemitterbereichen zugeordneten Bereichen andere Brennweiten aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der mindestens eine Grundchip einerseits und die Deckemitterbereiche andererseits unterschiedliche Entfernungen zu dem optischen Element, insbesondere zu einer Fokalebene des optischen Elements, aufweisen. Hierdurch ist erreichbar, dass das Licht des mindestens einen Grundchips und der Deckemitterbereiche unterschiedlich stark fokussiert oder unterschiedlich stark diffus aus der Beleuchtungsvorrichtung austritt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Beleuchtungsvorrichtung eines oder mehrere optische Separationselemente. Mit dem mindestens einen optischen Separationselement ist eine Strahlaufteilung zwischen Licht aus dem Überlappbereich, Licht aus den Deckemitterbereichen außerhalb des Überlappbereichs und/oder Licht aus dem mindestens einen Grundchip außerhalb des Überlappbereichs erzielbar. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Separationselement um eine optische Isolierung, die beispielsweise in der Leuchtstoffschicht und/oder an der Planarisierungsschicht und/oder in einem Bereich zwischen den Leuchtdiodenchips und dem optischen Element angebracht ist.
  • Darüber hinaus wird ein Betriebsverfahren zum Betreiben einer solchen Beleuchtungsvorrichtung angegeben. Merkmale des Betriebsverfahrens sind daher auch für die Beleuchtungsvorrichtung offenbart und umgekehrt.
  • In mindestens einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird zeitweise der mindestens eine Grundchip alleine sowie zeitweise der mindestens eine Grundchip und zumindest einer oder manche oder alle der Deckemitterbereiche gemeinsam betrieben. Zusätzlich ist es möglich, dass zeitweise einer oder mehrere oder alle der Deckemitterbereiche alleine betrieben werden, ohne dass der oder die Grundchips angeschaltet sind. Hierdurch ist es möglich, dass insbesondere durch den mindestens einen Grundchip eine Grundausleuchtung realisiert wird. Durch die Deckemitterbereiche ist eine bereichsweise, punktuelle Zusatzausleuchtung realisierbar. Die Zusatzausleuchtung kann mit der Grundausleuchtung teilweise oder vollständig überlappen oder auch gänzlich außerhalb des Bereichs der Grundausleuchtung liegen.
  • Es ist möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung nur so betreibbar ist, dass in angeschaltetem Zustand immer mindestens einer oder alle Grundchips Licht erzeugen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird die Beleuchtungsvorrichtung als Scheinwerfer insbesondere eines Kraftfahrzeugs wie einem Auto verwendet. Bevorzugt wird der mindestens eine Grundchip als Vorfeldausleuchtung herangezogen. Alternativ oder zusätzlich dienen die Deckemitterbereiche als veränderbares Abblendlicht. Durch die Deckemitterbereiche ist dann eine adaptive Funktion des Scheinwerfers realisierbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung dient diese zur Allgemeinbeleuchtung etwa von Räumen wie Wohnräumen oder Geschäftsräumen. Durch die Beleuchtungsvorrichtung ist es möglich, dass anhand des mindestens einen Grundchips eine Grundausleuchtung etwa des gesamten Raums erzielt wird. Durch die Zusatzausleuchtung werden bestimmte Bereiche des Raumes gezielt stärker ausgeleuchtet, beispielsweise eine Arbeitsfläche wie eine Werkbank oder ein Schreibtisch oder Auslagen für bestimmte Waren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird die Beleuchtungsvorrichtung als Lichtquelle wie ein Blitzlicht für ein Mobiltelefon eingesetzt. Durch die Zusatzausleuchtung lassen sich bestimmte Gebiete des auszuleuchtenden, insbesondere des zu fotografierenden Bereichs stärker ausleuchten, etwa um Schwankungen im ansonsten vorhandenen Umgebungslicht auszugleichen oder um bestimmte Akzente in der Abbildung zu setzen.
  • Nachfolgend werden eine hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtung und ein hier beschriebenes Betriebsverfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Es zeigen:
    • 1 bis 3, 5 bis 7 und 9 bis 15 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtungen, wobei die 1A bis 1G, 3A bis 3C, 10, 11A, 11B, 12A, 12B, 13A, 13B und 15A bis 15C lediglich Teilaspekte darstellen.
    • 4 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von elektrischen Kontaktstrukturen für Deckchips für hier beschriebene Beleuchtungsvorrichtungen, und
    • 8 eine schematische Schnittdarstellung eines optischen Elements für ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung 1 dargestellt, siehe die Draufsicht in 1A, die Explosionszeichnung in 1B, die Schnittdarstellungen in den 1C und 1F, die perspektivische Draufsicht in 1D, die Draufsicht in 1E sowie die perspektivische Darstellung in 1G.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 1 umfasst mehrere Grundchips 21 mit je einem Grundemitterbereich, siehe die 1A bis 1D. Alternativ, siehe 1G, ist nur ein Grundchip 21 mit mehreren Grundemitterbereichen vorhanden, wie dies dementsprechend auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall sein kann. Die Ausführungen zu Ausführungsbeispielen mit mehreren separaten Grundchips 21 mit je nur einem Grundemitterbereich gelten für Ausführungsbeispiele mit nur einem Grundchip 21 mit mehreren Grundemitterbereichen gleichermaßen.
  • Ferner sind mehrere Deckemitterbereiche 22 vorhanden, die durch einen gemeinsamen Deckchip realisiert sind. Bei den Grundchips 21 und bei dem Deckchip handelt es sich jeweils um Leuchtdiodenchips. Bevorzugt sind alle diese Leuchtdiodenchips zur Erzeugung von blauem Licht eingerichtet. Weiterhin bevorzugt sind alle Grundemitterbereiche untereinander und alle Deckemitterbereiche 22 untereinander baugleich gestaltet.
  • Die Grundemitterbereiche des zumindest einen Grundchips 21 sowie die Deckemitterbereiche 22 sind jeweils entlang einer geraden Linie dicht nebeneinander angeordnet. Die oder der Grundchip 21 einerseits und die Deckemitterbereiche 22 andererseits befinden sich je in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung z einer Halbleiterschichtenfolge der Leuchtdiodenchips. Die Wachstumsrichtung z ist parallel zu Hauptabstrahlrichtungen M der Leuchtdiodenchips 21, 22 orientiert.
  • Entlang der Hauptabstrahlrichtungen M befinden sich die Grundemitterbereiche des zumindest einen Grundchips 21 in einer ersten Ebene, der eine zweite Ebene mit den Deckemitterbereichen 22 nachfolgt. Dabei sind die Deckemitterbereiche 22 derart angeordnet, sodass sie die Grundchips 21 in einem Überlappbereich 3,B überdecken, in Draufsicht gesehen. In dem Überlappbereich 3,B tritt Strahlung aus den Grundchips 21 aus, in die Deckemitterbereiche 22 hinein und wird durch die Deckemitterbereiche 22 hindurch aus der Beleuchtungsvorrichtung 1 abgestrahlt. Durch diese Anordnung der Leuchtdiodenchips 21, 22 tritt entlang einer Querrichtung y eine Stufe zwischen den Grundchips 21 und den Deckemitterbereichen 22 auf. Entlang einer Längsrichtung x tritt bevorzugt keine Stufe auf.
  • Entlang der Querrichtung y ergeben sich somit drei verschiedene Lichterzeugungsbereiche A, B, C. In dem ersten Lichterzeugungsbereich A tritt Strahlung direkt aus den Grundchips 21 heraus. In dem zweiten Lichterzeugungsbereich B erfolgt, wenn sowohl die Grundchips 21 als auch die Deckemitterbereiche 22 eingeschaltet sind, eine Abstrahlung von Licht sowohl aus den Grundchips 21 als auch aus den Deckemitterbereichen 22. Ansonsten, wenn die Deckemitterbereiche 22 ausgeschaltet sind, wird die Strahlung aus dem Grundchip 21 in dem zweiten Lichterzeugungsbereich B leicht verändert, beispielsweise mit gesteigerter Divergenz, emittiert. Im dritten Lichterzeugungsbereich C tritt einzig Strahlung aus den Deckemitterbereichen 22 aus. Optional ist es möglich, dass sich der dritte Lichterzeugungsbereich C auf die gesamten Deckemitterbereiche 22 erstreckt, wenn die Grundchips 21 ausgeschaltet sind. Bevorzugt sind die Grundchips 21 im bestimmungsgemäßen Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung 1 immer eingeschaltet und die Deckemitterbereiche 22 dienen als zuschaltbare Lichtquellen zur punktuellen, zeitweisen Beleuchtung bestimmter Bereiche.
  • Die Deckemitterbereiche 22 weisen je eine elektrische Kontaktstruktur 25 auf. Die Kontaktstruktur 25 umfasst eine reflektierende Metallisierung 25b, insbesondere als n-Kontkat, und eine lichtdurchlässige Kontaktschicht 25a, insbesondere als p-Kontakt. In dem zweiten Lichterzeugungsbereich B weist die Metallisierung 25b mehrere schlitzförmige Lücken 26 auf. Durch diese Lücken 26 hindurch tritt die Strahlung aus den Grundchips 21 in die Deckemitterbereiche 22 des Deckchips ein. Der Deckchip 22 ist damit grob pixeliert, die Deckemitterbereiche 22 bilden im Betrieb je einen einzigen, zusammenhängenden leuchtenden Bereich aus.
  • Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es alternativ möglich, dass die Grundchips 21 in dem zweiten Lichterzeugungsbereich B und in dem dritten Lichterzeugungsbereich C unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Hierdurch können sich weitere Beleuchtungsfunktionen durch die Beleuchtungsvorrichtung 1 ergeben.
  • In 1D ist zu sehen, dass eine durch die Grundchips 21 und Deckemitterbereiche 22 gebildete Lichtaustrittsfläche 30 in Draufsicht gesehen ringsum von einem Reflektorverguss 5 umgeben ist. Bei dem Reflektorverguss 5 handelt es sich beispielsweise um einen Kunststoff wie ein Silikon, dem lichtstreuende und/oder weiß erscheinende Partikel etwa aus Titandioxid beigegeben sind. Der Reflektorverguss 5 befindet sich auf einem nicht separat gezeichneten Träger 8.
  • Eine elektrische Kontaktierung 9 der Leuchtdiodenchips 21, 22 ist in den 1A bis 1D nur stark vereinfacht angedeutet. Die Kontaktierung 9 ist in den 1E bis 1G detaillierter dargestellt.
  • Gemäß der 1E und 1F umfasst der genau eine Deckchip alle Deckemitterbereiche 21. Ausgehend von der Metallisierung 25b erstrecken sich Durchkontaktierungen 29 durch die Kontaktschicht 25a und durch eine aktive Zone 24 hindurch hin zu einem Aufwachssubstrat 23 für eine Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 24. Pro Deckemitterbereich 21 können auch mehrere Reihen von Durchkontaktierungen 29 vorhanden sein, anders als in 1E gezeigt. Eine elektrische Isolationsschicht zwischen der Metallisierung 25b und der Kontaktschicht 25a ist zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeichnet. Die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 24 kann sich durchgehend über alle Deckemitterbereiche 21 erstrecken oder zwischen benachbarten Deckemitterbereichen 21 teilweise oder vollständig entfernt sein. Das Aufwachssubstrat 23, beispielsweise aus Saphir, erstreckt sich durchgehend über alle Deckemitterbereiche 21.
  • Bevorzugt ist der Deckchip mit den Deckemitterbereichen 21 aufgebaut, wie in der Druckschrift DE 10 2016 119 539 A1 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift hinsichtlich der Gestaltung des Deckchips wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
  • In 1G ist ein Grundchip 21 illustriert, bei dem alle Grundemitterbereiche in einem einzigen Leuchtdiodenchip monolithisch integriert sind. Derartige Grundchips 21 finden bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen Anwendung. Auf dem Aufwachssubstrat 23 befindet sich die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Zone 24 zwischen einem ersten Schichtbereich, der p-leitend ist, und einem zweiten Schichtbereich, der n-leitend ist.
  • An einer dem Aufwachssubstrat 23 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge befinden sich eine erste elektrische Kontaktstruktur 31 und eine zweite elektrische Kontaktstruktur 32. Die erste elektrische Kontaktstruktur 31 ist zur elektrischen Kontaktierung des ersten Schichtbereichs vorgesehen und die zweite Kontaktstruktur 32 zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Schichtbereichs.
  • Die erste Kontaktstruktur 31 weist mehrere, zum Beispiel drei, Flächenkontakte 41 auf, die entlang einer y-Richtung aufeinander folgen und sich entlang einer Wachstumsrichtung G der Halbleiterschichtenfolge in einer gemeinsamen Ebene befinden. Die als Spiegel wirkenden, metallischen Flächenkontakte 41 stehen bevorzugt in direktem Kontakt zur Halbleiterschichtenfolge und sind entlang der y-Richtung voneinander beabstandet. Die Flächenkontakte 41 sind unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Jeder der Flächenkontakte 41 ist über Durchkontaktierungen 44 mit einer elektrischen Anschlussfläche 33 an einer dem Aufwachssubstrat 23 abgewandten Unterseite 28 des Grundchips 21 verbunden.
  • Ausgehend von Anschlussflächen 33 für die zweite Kontaktstruktur 32 erstrecken sich Durchkontaktierungen 44 bis an Kontaktstege 34. Die Kontaktstege 34 erstrecken sich entlang der y-Richtung bevorzugt durchgehend über die Halbleiterschichtenfolge hinweg. Die zum Beispiel drei Kontaktstege 34 sind über die Anschlussflächen 33 der zweiten Kontaktstruktur 32 elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Ausgehend von den Kontaktstegen 34 erstrecken sich Kontaktzapfen 42 durch die Flächenkontakte 41, durch den ersten Schichtbereich und durch die aktive Zone 24 hindurch bis in den zweiten Schichtbereich und enden in diesem. Dabei sind pro Flächenkontakt 41 bevorzugt mehrere, zum Beispiel drei, Kontaktzapfen 42 vorhanden.
  • Durch die Flächenkontakte 41 mit je mehreren Kontaktzapfen 42 ergeben sich mehrere Leuchtbereiche. Zwischen benachbarten Flächenkontakten 41 sind die Leuchtbereiche scharf gegeneinander abgegrenzt, da der erste Schichtbereich eine nur vernachlässigbare elektrische Querleitfähigkeit aufzeigt, so dass in Draufsicht gesehen neben den Flächenkontakten 41 kein signifikanter Stromfluss erzeugt.
  • Da der zweite Schichtbereich eine gute laterale Stromleitfähigkeit aufweist, gehen die Leuchtbereiche entlang der x-Richtung, entlang der sich die Flächenkontakte 41 durchgehend erstrecken, fließend ineinander über. Mit anderen Worten sind die Flächenkontakte 41 als Spaltenkontakte entlang der x-Richtung und die Kontaktstege 34 als Zeilenkontakte entlang der y-Richtung ausgeführt. Über eine entsprechende Kontaktierung und Gestaltung der Anschlussflächen 33 lassen sich die einzelnen Leuchtbereiche des Grundchips 21 individuell oder in Gruppen ansteuern. Dabei ist es möglich, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, dass eine lediglich vereinfachte elektrische Verschaltung erfolgt, so dass nur bestimmte Segmentbilder und damit bestimmte Kombinationen von im Betrieb leuchtenden Leuchtbereichen möglich sind. Durch die vergleichsweise geringe Anzahl an Anschlussflächen, beispielsweise maximal neun oder sechs Anschlussflächen 33, ist eine einfache anwendungsorientierte Verschaltung möglich.
  • Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 1 elektrische Isolationsschichten zwischen den Kontaktstrukturen 31, 32 nicht dargestellt. Über solche elektrischen Isolierungen sind Kurzschlüsse verhindert. In 1 ist lediglich eine elektrisch isolierende Trägerschicht 61 illustriert, an der sich die Kontaktflächen 33 befinden.
  • In 2 sind schematische Schnittdarstellungen entlang der Querrichtung y von weiteren Ausführungsbeispielen der Beleuchtungsvorrichtungen 1 gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtungen 1 umfassen je eine Leuchtstoffschicht 4. Die verschiedenen, in 2 gezeigten Konfigurationen der Leuchtstoffschicht 4 können analog in allen anderen Ausführungsbeispielen angewendet werden.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 2A weist die Leuchtstoffschicht 4 eine Stufe auf, die sich am Rand des Überlappbereichs 3, B hin zum Grundchip 21 befindet. Somit ist den Deckemitterbereichen 22 ein eigener Bereich der Leuchtstoffschicht 4 zugeordnet. Es befindet sich an der Leuchtstoffschicht 4 oberhalb des Grundchips 21 und hin zu den Deckemitterbereichen 22 ein optisches Separationselement 72, beispielsweise eine lichtundurchlässige Beschichtung, die reflektierend oder auch absorbierend sein kann.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 2B ist oberhalb des Grundchips 21 eine Planarisierungsschicht 6 vorhanden. Somit wird die Lichtaustrittsseite 30 eben ausgeformt und von der Planarisierungsschicht 6 zusammen mit der Leuchtstoffschicht 4 auf den Deckemitterbereichen 22 zusammengesetzt. Auch hier befindet sich ein optisches Separationselement 72 zwischen der Planarisierungsschicht 6 und der zugehörigen Leuchtstoffschicht 4 sowie den Deckemitterbereichen 22 und der zugeordneten Leuchtstoffschicht 4. Die Lichtaustrittsseite 30 schließt bevorzugt bündig mit dem Reflektorverguss 5 ab.
  • Gemäß 2C befindet sich die Planarisierungsschicht 6 zwischen der Leuchtstoffschicht 4 und dem Grundchip 21, so dass die Lichtaustrittsseite 30 vollständig durch die Leuchtstoffschicht 4 gebildet ist. Die Leuchtstoffschicht 4 kann sich ununterbrochen und zusammenhängend über die Leuchtdiodenchips 21, 22 erstrecken. Es ist ein optisches Separationselement 72 vorhanden, das auf die Leuchtstoffschicht 4 begrenzt sein kann oder analog zu 2B bis an den Grundchip 21 reichen kann.
  • In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Beleuchtungsvorrichtung 1 in detaillierteren Darstellungen gezeigt. Soweit nicht anders kenntlich gemacht, entspricht das Ausführungsbeispiel der 3 dem der 1. Gezeigt ist in 3A eine perspektivische Darstellung, in 3B eine Schnittansicht entlang der Querrichtung y und in 3C eine Detailschnittansicht der Leuchtdiodenchips 21, 22.
  • Die Leuchtdiodenchips 21, 22 sind beispielsweise aufgebaut, wie in der Druckschrift US 2013/0221392 A1 angegeben. Dies ist insbesondere in 3C veranschaulicht, ist aber ebenso in 3B zu erkennen. Die Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht 24 ist auf dem Aufwachssubstrat 23 aufgewachsen. Bei dem Substrat 23 handelt es sich beispielsweise um ein Saphirsubstrat, die Halbleiterschichtenfolge basiert insbesondere auf dem Materialsystem AlInGaN.
  • Von einer Seite der elektrischen Kontaktierung 9 her ist die aktive Schicht 24 von mehreren Durchkontaktierungen durchdrungen, die in einer n-leitenden Seite enden. Eine elektrische Kontaktierung für eine p-Seite an einer der Kontaktierung 9 zugewandten Seite der aktiven Schicht 24 bildet bevorzugt die reflektierende Kontaktstruktur 25 aus. Zur Vereinfachung der Darstellung sind Isolationsschichten insbesondere an den Durchkontaktierungen in 3C nicht eigens gezeigt.
  • In 4 sind in schematischen Draufsichten Ausführungsbeispiele der Kontaktstruktur 25, insbesondere der Kontaktstruktur 25 direkt an der Halbleiterschichtenfolge von Leuchtdiodenchips 21, 22 aus 3C, illustriert.
  • Im dritten Lichterzeugungsbereich C ist die Kontaktstruktur 25 durchgehend oder im Wesentlichen durchgehend aufgebracht, wobei die Durchkontaktierungen aus 3C in 4 vernachlässigt sind. Die Lücken 26, die gemäß der 4A, 4B und 4D streifenförmig sind, können parallel zur Längsrichtung x oder parallel zur Querrichtung y ausgerichtet sein. Eine Lichtdurchlässigkeit der Deckemitterbereiche 22 in dem zweiten Lichterzeugungsbereich B ist über eine Dichte und/oder Form und/oder Größe der Lücken 26 einstellbar, siehe die 4A und 4B. Gemäß 4C ist die Kontaktstruktur 25 zusammenhängend und die Lücken 26 sind durch Löcher in der Kontaktstruktur 25 gebildet.
  • In 4 sind die Lücken 26 je homogen über den gesamten zweiten Lichterzeugungsbereich B hinweg verteilt. Alternativ ist es möglich, dass Gradienten vorhanden sind, sodass beispielsweise ein Flächenanteil der Lücken 26 in Richtung weg von dem dritten Lichterzeugungsbereich C abnimmt.
  • In den Ausführungsbeispielen der 5 bis 9 weisen die Beleuchtungsvorrichtungen 1 jeweils zumindest ein optisches Element 71 auf. Die 5 bis 9 stellen dabei auf die Anordnung der Leuchtstoffschicht 4 aus 2A ab, können genauso aber auf die Anordnungen der 2B oder 2C übertragen werden.
  • Gemäß 5 ist den Leuchtdiodenchips 21, 22 das gemeinsame optische Element 71 nachgeordnet, das als Sammellinse gestaltet ist. Da sich die Grundchips 21 weiter von dem optischen Element 71 entfernt befinden als die Deckemitterbereiche 22, ergeben sich unterschiedliche Abbildungseigenschaften. Insbesondere wird Strahlung des Grundchips 21 durch das optische Element 71 stärker fokussiert als Licht von den Deckemitterbereichen 22. Es befindet sich das Separationselement 72 zwischen dem ersten Lichterzeugungsbereich A und dem zweiten Lichterzeugungsbereich B.
  • Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass eine zusätzliche, nicht gezeichnete Blende im Strahlengang vorhanden ist. Hierdurch ist auf einfachere Art und Weise eine normgerechte Ausleuchtung etwa gemäß der ECE-Norm möglich.
  • Gemäß 6 ist das optische Element 71 durch einen paraboloiden Spiegel realisiert. Hierdurch lassen sich unterschiedliche Abbildungseigenschaften für die Lichterzeugungsbereiche A, B, C erzielen.
  • Gemäß 7 werden die Hauptabstrahlrichtungen M durch das Separationselement 72 zu Hauptabstrahlrichtungen M' modifiziert. Hierzu sind die Separationselemente 72a, 72b als Prismen realisiert. Entlang der in 7 nicht dargestellten Längsrichtung x erstrecken sich die Separationselemente 72a, 72b sowie bevorzugt auch die optischen Elemente 71a, 71b durchgehend und gleichbleibend mit ungeändertem Querschnitt entlang der Leuchtdiodenchips 21, 22. Über die Separationselemente 72a, 72b ist das Licht aus den Lichterzeugungsbereichen A, B, C gezielt auf die optischen Elemente 71a, 71b, die jeweils linsenförmig gestaltet sein können, lenkbar.
  • Anders als in 7 dargestellt kann das optische Element 71 auch einstückig gestaltet sein, etwa im Querschnitt gesehen als Doppelsammellinse, siehe 8.
  • In 9 ist illustriert, dass das optische Element 71 aus unterschiedlichen reflektierenden Bereichen 71a, 71b zusammengesetzt ist. Die Bereiche 71a, 71b können voneinander verschiedene Krümmungen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass sich die Bereiche 71a, 71b in ihrer Beschichtung unterscheiden, dies kann hinsichtlich der spektralen Eigenschaften als auch hinsichtlich der reflektiven Eigenschaften gelten, etwa können verschiedenartig diffus oder spekular reflektierende Beschichtungen verwendet werden.
  • In der Schnittdarstellung der 10 ist illustriert, dass sich aus den Lichterzeugungsbereichen A, B, C unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken ergeben. Insbesondere erfolgt in dem Lichterzeugungsbereich B eine diffusere Abstrahlung des Lichts des mindestens einen Grundchips 21. Durch geeignete optische Elemente, siehe die 5 bis 9, können die Abbildungseigenschaften gezielt eingestellt werden.
  • In den 11 bis 13 sind in den Figurenteilen A jeweils schematische Draufsichten auf die Beleuchtungsvorrichtung 1 in eingeschaltetem Zustand gezeigt. Die Beleuchtungsvorrichtung 1 ist dabei insbesondere gestaltet, wie in Verbindung mit 1 erläutert. In den Figurenteilen B sind zugehörige Ausleuchtungsmuster auf einer Fahrbahn 10, etwa einer Straße, veranschaulicht.
  • In 11 ist zu sehen, dass ein Bereich für eine Grundausleuchtung G durch die Grundchips 21 zusammengenommen realisiert wird. Durch einen der Deckemitterbereiche 22 wird in einem weiteren Bereich eine Zusatzausleuchtung H erzielt. Der Bereich mit der Zusatzausleuchtung H erscheint somit heller.
  • Gemäß 12 sind zwei der Deckemitterbereiche 22 angeschaltet, so dass die Zusatzausleuchtung H einen größeren Bereich abdeckt. Wie auch in 11 liegt die Zusatzausleuchtung H innerhalb der Grundausleuchtung G.
  • In 13 ist veranschaulicht, dass insbesondere durch den dritten Lichterzeugungsbereich C eine Zusatzausleuchtung H außerhalb der Grundausleuchtung G realisierbar ist. Dies ist beispielsweise durch geeignete optische Elemente 7 erzielbar. Hierzu können die optischen Elemente aus den 5 bis 9 auch einen jeweils nicht gezeichneten, separaten dritten Bereich für den dritten Lichterzeugungsbereich C aufweisen.
  • Dies ist in der schematischen Darstellung der 14 nochmals für den ersten Lichterzeugungsbereich A und den zweiten Lichterzeugungsbereich B illustriert. Die Lichterzeugungsbereiche A, B, C sind räumlich nicht scharf getrennt, sondern weisen ein für den betreffenden Bereich charakteristisches Strahlungsverhalten und Überschneidungsverhalten hinsichtlich der Lichtverteilung auf. Durch die Leuchtstoffschichten 4 mit ungleichen Höhen entlang der Hauptabstrahlrichtungen M liegen diese verschieden weit von einer Fokalebene des optischen Elements 71 entfernt. Somit liegt eine unterschiedliche Fokussierung der Teillichtquellen vor. Bei Verwendung eines gemeinsamen optischen Elements 71 resultiert insbesondere eine engere Abstrahlung für die untere Ebene und eine breitere Abstrahlcharakteristik für die obere Ebene.
  • Dabei ist es wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen alternativ möglich, dass die Grundausleuchtung G nicht durch die Grundchips 21, sondern durch die Deckemitterbereiche 22 erzeugt wird. Dementsprechend wird dann die Zusatzausleuchtung H, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, durch die Deckemitterbereiche 22 und nicht durch die Grundchips 21 erzeugt.
  • In 15 sind schematische Draufsichten auf weitere Ausführungsbeispiele der Beleuchtungsvorrichtung 1 illustriert. Gemäß 15A sind zwei Reihen der Deckemitterbereiche 22 vorhanden, insbesondere in Form von zwei Deckchips, die je einen Rand der einen Reihe mit den Grundchips 21 bedecken. Dabei ist der Überlappbereich B,3 streifenförmig gebildet. Der zweite Lichterzeugungsbereich B wird von dem dritten Lichterzeugungsbereich C je C-förmig umrahmt.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 15B sind zwei Reihen der Grundchips 21 vorhanden, denen je eine Reihe der Deckemitterbereiche 22 zugeordnet ist. Die Anordnung der 15B entspricht damit einer verdoppelten und aneinander gespiegelten Anordnung der Leuchtdiodenchips 21, 22, wie etwa in 1A illustriert.
  • Wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen ist es möglich, siehe 15C, dass die Grundemitterbereiche entlang der Längsrichtung x nicht von den Deckemitterbereichen 22 überragt werden, sondern dass die Grundemitterbereiche und die Deckemitterbereiche 22 entlang der Längsrichtung x bündig miteinander abschließen. Damit sind alle Lichterzeugungsbereiche A, B, C streifenförmig gestaltet. Entsprechendes kann für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten. Ebenso kann gelten, dass entlang der Längsrichtung x die Grundemitterbereiche die Deckemitterbereiche 22 an einer oder an zwei Seiten überragen.
  • Wie insbesondere in Verbindung mit den 11 bis 13 illustriert, kann die Beleuchtungsvorrichtung 1 als Scheinwerfer in einem Kraftfahrzeug dienen. In diesem Fall sind bevorzugt genau fünf der Grundemitterbereiche und genau vier der Deckemitterbereiche 22 vorhanden. Bei anderen Anwendungen, beispielsweise in der Allgemeinbeleuchtung oder als Blitzlicht in Mobiltelefonen, können dieselbe Anzahl von Leuchtdiodenchips verwendet werden oder auch abweichende Anzahlen.
  • Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Dickenverhältnisse, Längenverhältnisse und Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Beleuchtungsvorrichtung
    21
    Grundchip/Grundemitterbereich
    22
    Deckchip/Deckemitterbereich
    23
    Aufwachssubstrat
    24
    aktive Schicht
    25
    Kontaktstruktur
    26
    Lücke in der Kontaktstruktur
    28
    Unterseite
    29
    Durchkontaktierung
    3
    Überlappbereich
    30
    Lichtaustrittsseite
    31
    erste elektrische Kontaktstruktur für die p-Seite
    32
    zweite elektrische Kontaktstruktur für die n-Seite
    33
    elektrische Anschlussfläche
    34
    Kontaktsteg der zweiten elektrischen Kontaktstruktur
    41
    Flächenkontakt
    42
    Kontaktzapfen
    44
    Durchkontaktierung
    4
    Leuchtstoffschicht
    5
    Reflektorverguss
    6
    Planarisierungsschicht
    71
    optisches Element
    72
    optisches Separationselement
    8
    Träger
    9
    elektrische Kontaktierung
    10
    Fahrbahn, Straße
    A
    erster Lichterzeugungsbereich
    B
    zweiter Lichterzeugungsbereich
    C
    dritter Lichterzeugungsbereich
    G
    Grundausleuchtung
    H
    Zusatzausleuchtung
    M
    Hauptabstrahlrichtung
    M'
    modifizierte Hauptabstrahlrichtung
    W
    Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge
    x
    Längsrichtung
    y
    Querrichtung
    z
    Wachstumsrichtung

Claims (14)

  1. Beleuchtungsvorrichtung (1) mit mindestens einem Grundchip (21) und mit mehreren Deckemitterbereichen (22), wobei - der mindestens eine Grundchip (21) und die Deckemitterbereiche (22) unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind und parallel zueinander ausgerichtete Hauptabstrahlrichtungen (M) aufweisen, - die Deckemitterbereiche (22) in Draufsicht gesehen teilweise überlappend mit dem mindestens einen Grundchip (21) angeordnet sind, sodass ein Überlappbereich (3) gebildet wird und der mindestens eine Grundchip (21) die Deckemitterbereiche (22) im Betrieb durchstrahlt, - sich die Deckemitterbereiche (22) in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen (M) befinden, und - die Beleuchtungsvorrichtung (1) mindestens ein optisches Separationselement (72) umfasst, mit dem eine Strahlaufteilung zwischen Licht aus mindestens zwei der folgenden Bereiche erzielbar ist: (i) Licht aus dem Überlappbereich (3), (ii) Licht aus den Deckemitterbereichen (22) außerhalb des Überlappbereichs (3), (iii) Licht aus dem mindestens einen Grundchip (21) außerhalb des Überlappbereichs (3).
  2. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der der mindestens eine Grundchip (21) und die Deckemitterbereiche (22) je eine durchgehende, zusammenhängende aktive Schicht (24) zur Lichterzeugung mittels Elektrolumineszenz aufweisen, sodass der mindestens eine Grundchip (21) die aktiven Schichten (24) der Deckemitterbereiche (22) durchstrahlt, wobei ein Abstand zwischen dem mindestens einen Grundchip (21) und den Deckemitterbereichen (22) entlang der Hauptabstrahlrichtungen (M) höchstens 25 % einer mittleren Kantenlänge des mindestens einen Grundchips (21) beträgt.
  3. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mehrere der Grundchips (21) vorhanden sind, die in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu den Hauptabstrahlrichtungen (M) angebracht sind, wobei - die Grundchips (21) und die Deckemitterbereiche (22) in ihrer jeweiligen Ebene dicht nebeneinander angeordnet sind, - die Beleuchtungsvorrichtung (1) außer den Grundchips (21) und den Deckemitterbereichen (22) keine weiteren Lichtquellen aufweist, und - die Deckemitterbereiche (22) und die Grundchips (21) jeweils entlang einer oder entlang zweier gerader Linien angeordnet sind.
  4. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der alle Deckemitterbereiche (22) in einem einzigen Deckchip, der ein Leuchtdiodenchip mit einem durchgehenden, transparenten Aufwachssubstrat ist, integriert sind, wobei der genau eine Grundchip (21) durch einen segmentierten Leuchtdiodenchip mit mehreren Grundemitterbereichen gebildet ist.
  5. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Deckemitterbereiche (22) an einer dem mindestens einen Grundchip (21) zugewandten Seite eine reflektierende Kontaktstruktur (25) aufweisen, wobei die Kontaktstruktur (25) in dem Überlappbereich (3) mehrere Lücken (26) aufweist und die Deckemitterbereiche (22) durch diese Lücken (26) hindurch von dem mindestens einen Grundchip (21) durchstrahlt werden, und wobei die Kontaktstruktur (25) außerhalb des Überlappbereichs (3) flächig, lückenlos und lichtundurchlässig ist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Deckemitterbereiche (22) und der mindestens eine Grundchip (21) im Betrieb Licht der gleichen Farbe erzeugen, wobei dem mindestens einen Grundchip (21) und den Deckemitterbereichen (22) gemeinsam mindestens eine Leuchtstoffschicht (4) nachgeordnet ist.
  7. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die Leuchtstoffschicht (4) eine Stufe aufweist, die an einer Grenze des Überlappbereichs (3) hin zu verbleibenden Bereichen des mindestens einen Grundchips (21) liegt, sodass die Leuchtstoffschicht (4) an den Deckemitterbereichen (22) an einer anderen Position entlang der Hauptabstrahlrichtungen (M) liegt als über dem mindestens einen Grundchip (21).
  8. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, ferner umfassend mindestens eine lichtdurchlässige Planarisierungsschicht (6), die an einer dem mindestens einen Grundchip (21) abgewandten Seite der Leuchtstoffschicht (4) und/oder zwischen der Leuchtstoffschicht (4) und dem mindestens einen Grundchip (21) angeordnet ist, sodass die Beleuchtungsvorrichtung (1) eine ebene Lichtaustrittsseite (30) aufweist, die durch die Leuchtstoffschicht (4) und/oder die Planarisierungsschicht (6) gebildet ist.
  9. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein erster Flächenanteil von einschließlich 15 % bis 45 % des mindestens einen Grundchips (21) von den Deckemitterbereichen (22) überdeckt ist, wobei der Überlappbereich (3) einen zweiten Flächenanteil an den Deckemitterbereichen (22) zwischen einschließlich 40 % und 80 % ausmacht und der erste Flächenanteil kleiner ist als der zweite Flächenanteil.
  10. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in Draufsicht gesehen der mindestens eine Grundchip (21) rechteckig oder quadratisch geformt ist und die Deckemitterbereiche (22) den mindestens einen Grundchip (21) entlang einer Seite durchgehend, entlang zweier angrenzenden Seiten teilweise und an der verbleibenden Seite nicht überragen.
  11. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der mindestens eine Grundchip (21) und die Deckemitterbereiche (22) in Draufsicht gesehen ringsum von einem Reflektorverguss (5) in direktem Kontakt umgeben sind, wobei alle elektrischen Anschlüsse des mindestens einen Grundchips (21) und der Deckemitterbereiche (22) in die gleiche Richtung weisen, sodass es sich bei dem mindestens einen Grundchip (21) und den Deckemitterbereichen (22) je um mindestens einen Flip-Chip mit einem transparenten Aufwachssubstrat (23) handelt.
  12. Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassen mindestens ein optisches Element (71), das dem mindestens einen Grundchip (21) und den Deckemitterbereichen (22) gemeinsam entlang der Hauptabstrahlrichtung (M) nachgeordnet ist, wobei das optische Element (71) unterschiedliche Abbildungseigenschaften für den mindestens einen Grundchip (21) einerseits und die Deckemitterbereiche (22) andererseits aufzeigt, wobei das optische Element in einem dem mindestens einen Grundchip und den Deckemitterbereichen zugeordneten Bereichen andere Brennweiten aufweist.
  13. Betriebsverfahren zum Betreiben einer Beleuchtungsvorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zeitweise der mindestens eine Grundchip (21) alleine sowie zeitweise der mindestens eine Grundchip (21) und zumindest einer der Deckemitterbereiche (22) gemeinsam betrieben werden, sodass durch den mindestens einen Grundchip (21) eine Grundausleuchtung (G) und durch die Deckchips (22) eine punktuelle Zusatzausleuchtung (H) realisiert wird.
  14. Betriebsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Beleuchtungsvorrichtung (1) als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs verwendet wird und der mindestens eine Grundchip (21) als Vorfeldausleuchtung und die Deckemitterbereiche (22) als veränderbares Abblendlicht eingesetzt werden.
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