DE102018118822A1

DE102018118822A1 - Leuchtfadenvorrichtung und verfahren zur herstellung einer leuchtfadenvorrichtung

Info

Publication number: DE102018118822A1
Application number: DE102018118822.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Bösl
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2020-02-06
Also published as: US11149908B1; WO2020025622A1; US20210301988A1

Abstract

Eine Leuchtfadenvorrichtung (20) umfasst einen Träger (21), der sich in einer Längsrichtung (25) erstreckt und der eine erste Hauptoberfläche (31), eine der ersten Hauptoberfläche (31) gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (32) und zwei die beiden Hauptoberflächen (31, 32) miteinander verbindende Seitenflächen (33, 34) aufweist, optoelektronische Bauelemente (22), die auf der ersten Hauptoberfläche (31) des Trägers (21) angeordnet sind, eine erste Konverterschicht (23), die auf der ersten Hauptoberfläche (31) des Trägers (21) angeordnet ist und die optoelektronischen Bauelemente (22) bedeckt, und eine zweite Konverterschicht (24), die auf der zweiten Hauptoberfläche (32) des Trägers (21) angeordnet ist, wobei der Träger (21) an mindestens einer Stelle (26) entlang der Längsrichtung (25) derart ausgestaltet ist, dass mindestens eine der zwei Seitenflächen (33, 34) einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche (31) von mehr als 90° einschließt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtfadenvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung.
Leuchtfadenvorrichtungen, auch LED-Leuchtfäden oder LED-Filamente (englisch: LED filaments) genannt, sind stabförmige lichtgebende optoelektronische Vorrichtungen mit einem transparenten Träger, auf dem optoelektronische Bauelemente, wie z. B. LEDs (englisch: light emitting diodes), angebracht sind.
Das von Leuchtfadenvorrichtungen abgestrahlte Lichtspektrum kann Inhomogenitäten aufweisen. Insbesondere bei der Verwendung von optoelektronischen Bauelementen, die blaues Licht emittieren, kann dieses Problem auftreten.
Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Leuchtfadenvorrichtung zu schaffen, die sich kostengünstig herstellen lässt und außerdem eine vergleichsweise hohe Farbhomogenität aufweist. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung angegeben werden.
Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Leuchtfadenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Eine Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11, eine Kennzeichenbeleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Leuchtfadenvorrichtung umfasst einen Träger, auch Substrat genannt, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und der eine erste Hauptoberfläche, eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche und zwei die beiden Hauptoberflächen miteinander verbindende Seitenflächen aufweist. Auf der ersten Hauptoberfläche des Trägers sind mehrere optoelektronische Bauelemente angeordnet, die dazu ausgebildet sind, Licht zu emittieren. Ferner ist eine erste Konverterschicht auf der ersten Hauptoberfläche des Trägers angeordnet, die die erste Hauptoberfläche zumindest teilweise bedeckt. Die erste Konverterschicht bedeckt zudem die optoelektronischen Bauelemente. Auf der zweiten Hauptoberfläche des Trägers ist eine zweite Konverterschicht angeordnet, welche die zweite Hauptoberfläche zumindest teilweise bedeckt.
Der Träger ist an mindestens einer Stelle entlang der Längsrichtung derart ausgestaltet, dass mindestens eine der zwei Seitenflächen einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° einschließt.
An der mindestens einen Stelle entlang der Längsrichtung kann eine Schnittebene durch den Träger senkrecht zur Längsrichtung betrachtet werden. Insbesondere in dieser Schnittebene ist der Querschnitt des Trägers derart ausgestaltet, dass die mindestens eine der zwei Seitenflächen einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° einschließt. Insbesondere ist dieser Winkel kleiner als 180°.
Der Winkel kann von der Innenseite der ersten Hauptoberfläche bis zu der Innenseite der mindestens einen der zwei Seitenflächen gemessen werden.
Entlang der Längsrichtung, d. h., der Längserstreckung des Trägers, kann es mehrere Stellen geben, an denen der Querschnitt des Trägers jeweils derart ausgestaltet ist, dass die mindestens eine der zwei Seitenflächen einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° einschließt.
Der Träger kann sich entlang der Längsrichtung linear erstrecken oder in sich gewunden bzw. verdrillt sein. Im Fall einer linearen Erstreckung kann der Querschnitt des Trägers an mehreren Stellen der oben genannten Bedingung genügen, d. h., die mindestens eine der zwei Seitenflächen schließt an diesen Stellen einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° ein. In diesem Fall sind die Querschnitte weiterhin gleich orientiert, da sich der Träger linear erstreckt. Falls der Träger entlang der Längsrichtung in sich gewunden bzw. verdrillt ist und beispielsweise schrauben- oder helixförmig ausgestaltet ist, kann der Querschnitt des Trägers ebenfalls an mehreren Stellen entlang seiner Längserstreckung die genannte Bedingung erfüllen. In diesem Fall sind jedoch die Querschnitte des Trägers an den jeweiligen Stellen gegeneinander verdreht.
Weiterhin kann der Träger in einem insbesondere zusammenhängenden Bereich, derart ausgestaltet sein, dass an jeder Stelle des Bereichs die mindestens eine der zwei Seitenflächen einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° einschließt.
Dieser Bereich kann mindestens 70% oder 80% oder 90% oder 100% oder einen anderen Prozentsatz der Länge des Trägers in der Längsrichtung umfassen. Insbesondere an den beiden Endbereichen des Trägers kann der Träger jedoch auch anders ausgestaltet, um Befestigungsmöglichkeiten zu schaffen, mit denen der Träger bzw. die Leuchtfadenvorrichtung an anderen Komponenten befestigt werden kann.
Der Träger ist insbesondere transparent bzw. aus einem transparenten Material gefertigt. Entsprechende Materialien werden weiter unten genannt. Transparent bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Träger zumindest für einen Teil des von den optoelektronischen Bauelementen emittierten Lichts oder zumindest für Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich im Wesentlichen transparent ist, so dass das Licht dieses Wellenlängenbereichs möglichst wenig von dem Träger selbst absorbiert wird.
Die optoelektronischen Bauelemente können Licht im sichtbaren Bereich, Ultraviolett (UV)-Licht und/oder Infrarot (IR)-Licht emittieren.
Weiterhin können die optoelektronischen Bauelemente optoelektronische Halbleiterbauelemente, insbesondere Halbleiterchips, sein. Beispielsweise können die optoelektronischen Bauelemente jeweils als Licht emittierende Diode (englisch: light emitting diode, LED), als organische Licht emittierende Diode (englisch: organic light emitting diode, OLED), als Licht emittierender Transistor oder als organischer Licht emittierender Transistor ausgebildet sein. Die optoelektronischen Bauelemente können außerdem Teil einer integrierten Schaltung sein.
Neben den optoelektronischen Bauelementen können weitere Halbleiterbauelemente und/oder andere Komponenten in die Leuchtfadenvorrichtung integriert sein.
Die erste und die zweite Konverterschicht sind dazu ausgebildet, das von den optoelektronischen Bauelementen emittierte Licht in Licht mit anderer Wellenlänge umzuwandeln bzw. zu konvertieren. Mit anderen Worten sind die Konverterschichten zur Konversion einer von den optoelektronischen Bauelementen erzeugten Primärstrahlung ausgebildet. Primärstrahlung, die in die jeweilige Konverterschicht eintritt, wird von der Konverterschicht zumindest teilweise in eine Sekundärstrahlung umgewandelt. Dabei umfasst die Sekundärstrahlung Wellenlängen, die sich von den Wellenlängen der Primärstrahlung unterscheiden, d. h., die größer oder kleiner als die Wellenlängen der Primärstrahlung sind.
Die Konverterschichten können Konverterelemente bzw. -partikel enthalten, welche die Konversion des von den optoelektronischen Bauelementen emittierten Lichts bewirken. Die Konverterelemente bzw. -partikel können in ein anderes Material bzw. eine Matrix, beispielsweise aus Silikon, eingebettet sein.
Die Leuchtfadenvorrichtung kann genau einen Träger oder auch mehrere Träger aufweisen, die jeweils so aufgebaut sind, wie es in der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist, und auf die optoelektronische Bauelemente sowie eine erste und eine zweite Konverterschicht aufgebracht sind.
Die Ausgestaltung des Trägers fördert die Totalreflexion (englisch: total internal reflexion, TIR) des von den optoelektronischen Bauelementen emittierten Lichts an einer oder beiden Seitenflächen des Trägers, so dass möglichst wenig Licht durch die Seitenfläche(n) austritt. Dies erhöht die Farbhomogenität des von der Leuchtfadenvorrichtung abgestrahlten Lichts und ermöglicht es, den Träger aus einem kostengünstigen Material zu fertigen, wodurch die Herstellungskosten der Leuchtfadenvorrichtung reduziert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Außenseite der mindestens einen der zwei Seitenflächen an der mindestens einen Stelle teilweise oder vollständig freiliegend. Insbesondere können die Außenseiten beider Seitenflächen an der mindestens einen Stelle oder auch über einen weiteren Bereich freiliegend sein. Freiliegend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die jeweilige Außenseite nicht von einem Material, insbesondere nicht von einer der Konverterschichten oder einem anderen Konvertermaterial, bedeckt ist. Folglich ist die Außenseite in direktem Kontakt mit der Umgebungsatmosphäre. Die Umgebungsatmosphäre kann Luft sein, kann aber auch anders zusammengesetzt sein, beispielsweise in dem Fall, in dem die Leuchtfadenvorrichtung in eine Beleuchtungsvorrichtung integriert ist, in welcher die Leuchtfadenvorrichtung sich in einer anderen Umgebungsatmosphäre als Luft, beispielsweise einer Heliumumgebung, befindet.
Ein Vorteil einer freiliegenden Außenseite von einer oder beiden Seitenflächen besteht darin, dass von den optoelektronischen Bauelementen während des Betriebs der Leuchtfadenvorrichtung erzeugte Wärme besser an die Umgebung abgeführt werden kann, da der Träger aus einem Material, z. B. Glas, gefertigt sein kann, das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Konverterschichten aufweist. Folglich kann die Leuchtfadenvorrichtung über eine oder beide Seitenflächen des Trägers gekühlt werden.
Die mindestens eine der zwei Seitenflächen kann an der mindestens einen Stelle einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche in einem Bereich von 120° bis 150° einschließen. Dieser Winkelbereich ist besonders vorteilhaft für die Totalreflexion an der Innenseite der mindestens einen der zwei Seitenflächen, so dass möglichst wenig Licht, das zuvor nicht zumindest eine der Konverterschichten durchlaufen hat, aus der Leuchtfadenvorrichtung austritt.
Der Träger kann an der mindestens einen Stelle derart ausgestaltet sein, dass nicht nur eine, sondern beide Seitenflächen jeweils einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° einschließen. Dieser Winkel kann für beide Seitenflächen insbesondere in einem Bereich von 120° bis 150° liegen. Weiterhin können die jeweiligen Winkel der beiden Seitenflächen gleich groß oder unterschiedlich groß sein.
Aufgrund der oben beschriebenen Ausgestaltung des Trägers ist die Breite der zweiten Hauptoberfläche des Trägers an der mindestens einen Stelle üblicherweise größer als die Breite der ersten Hauptoberfläche, auf welche die optoelektronischen Bauelemente montiert sind. Der Träger kann an der mindestens einen Stelle im Querschnitt insbesondere trapezförmig sein. In diesem Fall verlaufen die Querschnittsstrecken der beiden Hauptoberflächen parallel zueinander. Weiterhin kann das von dem Träger im Querschnitt aufgespannte Trapez gleichschenklig sein, was bedeutet, dass die Querschnittsstrecken der beiden Seitenflächen gleich lang sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Konverterschicht die erste Hauptoberfläche des Trägers an der mindestens einen Stelle und gegebenenfalls ein an der mindestens einen Stelle befindliches optoelektronisches Bauelement vollständig bedeckt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die zweite Konverterschicht die zweite Hauptoberfläche des Trägers an der mindestens einen Stelle vollständig bedecken. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass das von den optoelektronischen Bauelementen emittierte Licht aus der Leuchtfadenvorrichtung austritt, ohne zuvor zumindest eine der Konverterschichten durchquert zu haben.
Aufgrund der geometrischen Ausgestaltung des Trägers kann eine Totalreflexion an der Innenseite der mindestens einen Seitenfläche auch dann erzeugt werden, wenn der Träger aus einem Material gefertigt ist, das einen vergleichsweise niedrigen Brechungsindex aufweist. Beispielsweise kann der Träger aus einem transparenten Material mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7 gefertigt sein. Dies ermöglicht es, anstelle von Materialien mit einem hohen Brechungsindex, wie z. B. Saphir oder einer Al₂O₃-Keramik, vergleichsweise günstige Materialien zu verwenden.
Der Träger kann insbesondere aus Glas gefertigt sein, welches einen Brechungsindex von ungefähr 1,5 haben kann. Weiterhin kann der Träger aus einem geeigneten transparenten Kunststoff mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7 gefertigt sein, z. B. aus Polycarbonat. Bei der Auswahl des Materials für den Träger ist zu beachten, dass das Material idealerweise über eine hohe thermische Leitfähigkeit verfügen sollte, um für eine ausreichende Kühlung der Leuchtfadenvorrichtung zu sorgen.
Die optoelektronischen Bauelemente können dazu ausgebildet sein, blaues Licht zu erzeugen. Blaues Licht hat eine Wellenlänge ungefähr im Bereich von 450 nm bis 490 nm.
Insbesondere für blaues Licht kann Phosphor als Konverter eingesetzt werden, um aus dem blauen Licht weißes Licht zu erzeugen. Die erste Konverterschicht und/oder die zweite Konverterschicht können daher Phosphor aufweisen. Insbesondere in Form von Partikeln kann Phosphor in eine Matrix, beispielsweise eine Silikonmatrix, eingebettet sein.
Eine Beleuchtungsvorrichtung kann eine oder mehrere der Leuchtfadenvorrichtungen, wie sie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben sind, enthalten. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eingesetzt werden zur Beleuchtung von Gebäuden, Räumen, insbesondere Wohn- und/oder Arbeitsräumen, Außenbereichen, Fahrzeugen, Geräten oder sonstigen geeigneten Gegenständen oder Räumlichkeiten.
Insbesondere kann die Leuchtfadenvorrichtung in Beleuchtungsvorrichtungen eingesetzt werden, welche die äußere Form einer herkömmlichen Glühlampe, auch Glühfadenlampe, Glühlicht oder Glühbirne genannt, aufweisen, wobei das Licht nicht von einer Glühwendel, sondern von einer oder mehreren der Leuchtfadenvorrichtungen erzeugt wird.
Weiterhin können eine oder mehrere Leuchtfadenvorrichtungen in eine Kennzeichenbeleuchtungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge integriert sein. Eine Kennzeichenbeleuchtungsvorrichtung dient insbesondere dem Zweck, die Ablesbarkeit eines Kraftfahrzeugkennzeichens bei Dunkelheit zu gewährleisten. Bei dem Fahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Bus, ein Motorrad oder ein sonstiges Kraftfahrzeug handeln.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung umfasst das Bereitstellen eines Trägers, der sich in einer Längsrichtung erstreckt und der eine erste Hauptoberfläche, eine der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche und zwei die beiden Hauptoberflächen miteinander verbindende Seitenflächen aufweist. Der Träger ist an mindestens einer Stelle entlang der Längsrichtung derart ausgestaltet, dass mindestens eine der zwei Seitenflächen einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche von mehr als 90° einschließt. Weiterhin umfasst das Verfahren das Anordnen von optoelektronischen Bauelementen auf der ersten Hauptoberfläche des Trägers, das Aufbringen einer ersten Konverterschicht auf der ersten Hauptoberfläche des Trägers und den optoelektronischen Bauelementen und das Aufbringen einer zweiten Konverterschicht auf der zweiten Hauptoberfläche des Trägers.
Das Verfahren zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung kann die oben beschriebenen Ausgestaltungen der Leuchtfadenvorrichtung aufweisen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen schematisch:

1A eine Darstellung eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Leuchtfadenvorrichtung;
1B eine Darstellung der Farbhomogenität der in 1A dargestellten Leuchtfadenvorrichtung;
2A eine Darstellung eines weiteren nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Leuchtfadenvorrichtung;
2B eine Darstellung der Farbhomogenität der in 2A dargestellten Leuchtfadenvorrichtung;
3A eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Leuchtfadenvorrichtung in einem Querschnitt entlang der Erstreckung der Leuchtfadenvorrichtung in einer Längsrichtung;
3B eine Darstellung der Leuchtfadenvorrichtung aus 3A in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung;
3C eine Darstellung der Farbhomogenität der in 3A und 3B dargestellten Leuchtfadenvorrichtung; und
4 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieser Beschreibung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen. In den Figuren sind identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
1A zeigt schematisch eine Leuchtfadenvorrichtung 10 in einem Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung der Leuchtfadenvorrichtung 10.
Die Leuchtfadenvorrichtung 10 enthält einen Träger 11 und mehrere LED-Halbleiterchips 12, die auf der Oberseite des Trägers 11 angeordnet sind. In 1A ist einer der LED-Halbleiterchips 12 dargestellt. Auf die Ober- und Unterseite des Trägers 11 sind ferner eine erste Konverterschicht 13 bzw. eine zweite Konverterschicht 14 aufgebracht.
Der Träger 11 ist aus Glas mit einem Brechungsindex von 1,5 gefertigt und weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Die LED-Halbleiterchip 12 erzeugen blaues Licht. Idealerweise sollte das von den LED-Halbleiterchips 12 erzeugte blaue Licht zumindest eine der Konverterschichten 13, 14 durchlaufen, damit das blaue Licht in weißes Licht umgewandelt werden kann.
Jedoch kann der Fall auftreten, dass von den LED-Halbleiterchips 12 emittiertes Licht seitlich direkt aus dem Träger 11 austritt, ohne eine der Konverterschichten 13, 14 durchlaufen zu haben bzw. mit nur einer sehr kurzen Wegstrecke durch die Konverterschicht 13. Der Brechungsindexunterschied von Glas (n = 1,5) zu Luft (n = 1) reicht in diesem Fall nicht aus, um das direkte blaue Licht an der Grenzfläche von Glas und Luft zu reflektieren. Beispielhaft ist ein derartiger Lichtstrahl 16, der an der Grenzfläche von Glas und Luft keine Totalreflexion erfährt, in 1A dargestellt.
In 1B ist die Farbe des von der Leuchtfadenvorrichtung 10 emittierten Lichts in der Einheit CIE-x gegen einen Winkel aufgetragen, der eine radiale Position um den in 1A gezeigten Querschnitt der Leuchtfadenvorrichtung 10 angibt. 1B lässt sich entnehmen, dass es zwei Bereiche 17, 18 gibt, in denen die Farbhomogenität gering ist, da in diesen Bereichen das von den LED-Halbleiterchips 12 generierte Licht direkt durch die Seitenflächen des Trägers 11 austritt und das Lichtspektrum in diesen Bereichen folglich einen sehr hohen Anteil blauen Lichts enthält.
2A zeigt schematisch eine Leuchtfadenvorrichtung 19 in einem Querschnitt senkrecht zur Längserstreckung der Leuchtfadenvorrichtung 19. Die Leuchtfadenvorrichtung 19 ist in weiten Teilen identisch mit der in 1A dargestellten Leuchtfadenvorrichtung 10. Der einzige Unterschied besteht darin, dass in der Leuchtfadenvorrichtung 19 der Träger 11 nicht aus Glas, sondern einem Material mit einem höheren Brechungsindex, beispielsweise einem Brechungsindex von 1,75, gefertigt ist. Ein derartiger Brechungsindex kann mit einer Al₂O₃-Keramik oder Saphir erzielt werden.
Der höhere Brechungsindexunterschied an der Grenzfläche zwischen dem Träger 11 und der die Leuchtfadenvorrichtung 19 umgebenden Luft gewährleistet eine an der Grenzfläche stattfindende Totalreflexion. Beispielhaft ist dies anhand des Lichtstrahls 16 gezeigt.
Folglich verlässt nur ein geringer Anteil blauen Lichts die Leuchtfadenvorrichtung 19. Dies erhöht die Farbhomogenität des von der Leuchtfadenvorrichtung 19 emittierten Lichts, wie sich 2B entnehmen lässt.
3A zeigt schematisch eine Leuchtfadenvorrichtung 20 als ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel. Die Leuchtfadenvorrichtung 20 weist einen Träger 21, mehrere optoelektronische Bauelemente in Form von LED-Halbleiterchips 22, eine erste Konverterschicht 23 und eine zweite Konverterschicht 24 auf.
Der Träger 21 erstreckt sich in eine in 3A eingezeichnete Längsrichtung 25. Die LED-Halbleiterchips 22 sind auf den Träger 21 mit einem Abstand in der Längsrichtung 25 zwischen benachbarten LED-Halbleiterchips 22 montiert. Der Abstand zwischen jeweils benachbarten LED-Halbleiterchips 22 kann beispielsweise gleich groß sein.
In 3B ist der Querschnitt der Leuchtfadenvorrichtung 20 an einer in 3A gezeigten Stelle 26 entlang der Längsrichtung 25 dargestellt. Der in 3B dargestellte Querschnitt erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung 25.
Der Träger 21 weist eine erste Hauptoberfläche 31, eine der ersten Hauptoberfläche 31 gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche 32 und zwei die beiden Hauptoberflächen 31, 32 miteinander verbindende Seitenflächen 33, 34 auf. Die LED-Halbleiterchips 22 sind auf die erste Hauptoberfläche 31 des Trägers 21 montiert.
Der Träger 21 ist aus Glas oder einem anderen transparenten Material gefertigt, das beispielsweise einen Brechungsindex kleiner als 1,7 aufweist.
Die LED-Halbleiterchips 22 emittieren blaues Licht. Die erste und zweite Konverterschicht 23, 24 enthalten Phosphorpartikel als Konversionsstoff in einer Silikonmatrix.
Die erste Konverterschicht 23 ist auf die erste Hauptoberfläche 31 des Trägers 21 aufgebracht und bedeckt die erste Hauptoberfläche 31 sowie die Halbleiterchips 22. An der Stelle 26 und auch an weiteren Stellen entlang der Längsrichtung 25 bedeckt die erste Konverterschicht 23 die erste Hauptoberfläche 31 des Trägers 21 vollständig, d. h., die erste Konverterschicht 23 reicht von einer Außenkante der ersten Hauptoberfläche 31 bis zu der gegenüberliegenden Außenkante der ersten Hauptoberfläche 31. An die Außenkanten der ersten Hauptoberfläche 31 stoßen die Seitenflächen 33 bzw. 34.
Die zweite Konverterschicht 24 ist auf die zweite Hauptoberfläche 32 des Trägers 21 aufgebracht und bedeckt die zweite Hauptoberfläche 32. An der Stelle 26 und auch an weiteren Stellen entlang der Längsrichtung 25 bedeckt die zweite Konverterschicht 24 die zweite Hauptoberfläche 32 des Trägers 21 vollständig, d. h., die zweite Konverterschicht 24 reicht von einer Außenkante der zweiten Hauptoberfläche 32 bis zu der gegenüberliegenden Außenkante der zweiten Hauptoberfläche 32. An die Außenkanten der zweiten Hauptoberfläche 32 stoßen die Seitenflächen 33 bzw. 34.
Die erste und die zweite Konverterschicht 23, 24 haben im Querschnitt jeweils die Form eines Kreissegments, sie können aber auch andere Formen annehmen.
Die beiden Seitenflächen 33, 34 des Trägers sind freiliegend und nicht mit Konvertermaterial bedeckt.
Wie sich 3B entnehmen lässt, ist der Querschnitt des Trägers 21 an der Stelle 26 senkrecht zur Längsrichtung 25 trapezförmig ausgebildet. Die beiden Hauptoberflächen 31, 32 verlaufen parallel zueinander, wobei die zweite Hauptoberfläche 32 breiter als die erste Hauptoberfläche 31 ist.
Die Seitenfläche 33 schließt einen Winkel α₁ mit der ersten Hauptoberfläche 31 ein. Die Seitenfläche 34 schließt einen Winkel α₂ mit der ersten Hauptoberfläche 31 ein. Die Winkel α₁ und α₂ werden jeweils von der Innenseite der ersten Hauptoberfläche 31 bis zu der Innenseite der jeweiligen Seitenfläche 33 bzw. 34 gemessen. Beide Winkel α₁ und α₂ sind jeweils größer als 90°, was bedeutet, dass die Seitenflächen 33 und 34 nicht wie in 1A und 2A senkrecht zu der ersten Hauptoberfläche 31 orientiert sind, sondern eine Schräge aufweisen.
Insbesondere liegen die Winkel α₁ und α₂ jeweils in einem Bereich von 120° bis 150°. Weiterhin sind die Winkel α₁ und α₂ in dem in 3A und 3B gezeigten Ausführungsbeispiel gleich groß. Es ist auch möglich, die beiden Winkel α₁ und α₂ unterschiedlich groß auszugestalten.
Der Träger 21 kann an weiteren Stellen entlang der Längsrichtung 25 wie oben beschrieben und in 3B schematisch dargestellt ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Träger 21 über einen zusammenhängenden Bereich die beschriebene Ausgestaltung aufweisen.
Die in 3B gezeigte Ausgestaltung des Trägers 21 ist insofern vorteilhaft, als dass Licht, das von dem LED-Halbleiterchip 22 direkt in Richtung einer der Seitenflächen 33, 34 abgestrahlt wird, auf die jeweilige Seitenfläche 33, 34 unter einem für eine Totalreflexion günstigen Winkel fällt.
Eine Totalreflexion kann an der Grenzfläche zwischen dem Träger 21 und der Umgebungsatmosphäre dann stattfinden, wenn der Einfallswinkel einen bestimmten Wert, den sogenannten Grenzwinkel der Totalreflexion, überschreitet. Der Einfallswinkel wird gegen die Flächennormale gemessen. Bei einer Glas/Luft-Grenzfläche beträgt der Grenzwinkel der Totalreflexion ca. 42°.
In 3B ist beispielhaft ein Lichtstrahl 35 dargestellt, der von dem LED-Halbleiterchip 22 direkt zur Seitenfläche 34 des Trägers 21 verläuft und auf die Seitenfläche 34 unter einem Einfallswinkel β trifft, der größer als 42° ist. An der Seitenfläche 34 findet demnach eine Totalreflexion statt, so dass der Lichtstrahl 35 von der Innenseite der Seitenfläche 34 in Richtung der zweiten Konverterschicht 24 reflektiert wird.
Die an den Innenseiten der Seitenflächen 33, 34 stattfindende Totalreflexion bewirkt, dass nur wenig blaues Licht durch die Seitenflächen 33, 34 des Trägers 21 austritt. Wie sich 3C entnehmen lässt, wird dadurch die Farbhomogenität des von der Leuchtfadenvorrichtung 20 emittierten Lichts deutlich erhöht, obwohl der Träger 21 aus Glas oder einem anderen Material mit einem vergleichsweise niedrigen Brechungsindex hergestellt wurde.
Glas ist kostengünstiger als eine Keramik oder Saphir mit einem höheren Brechungsindex herstellbar. Außerdem kann Glas leichter bearbeitet werden, da es nicht so hart ist wie Saphir und ein Glaspanel einfacher in Einzelsubstrate trennbar ist.
Die Leuchtfadenvorrichtung 20 kann insbesondere in Beleuchtungsvorrichtungen oder Kennzeichenbeleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.
Der Grenzwinkel α_min für die Winkel α₁ und α₂ , ab dem eine Totalreflexion stattfindet, hängt vom Brechungsindex n₁ des Trägermaterials ab. Für den Fall, dass das umgebende Medium einen Brechungsindex von n₂ = 1,0, wie z. B. Luft, hat, ergeben sich folgende Grenzwinkel β_min und β_min für den Winkel β bzw. die Winkel α₁ und α₂ :

n₁ β_min α_min

1,1 65 155

1,2 56 146

1,3 50 140

1,4 46 136

1,5 42 132

1,6 39 129

1,7 36 126

1,8 34 124

1,9 32 122

2,0 30 120
In 4 ist schematisch ein Verfahren 40 zur Herstellung der in 3A und 3B dargestellten Leuchtfadenvorrichtung 20 dargestellt.
In einem Schritt 41 wird Träger 21 hergestellt. Der Träger 21 kann beispielsweise aus einem größeren Glaspanel geschnitten werden oder der Träger 21 kann formgepresst werden. Die Seitenflächen 33, 34 des Trägers 21 weisen vorzugsweise eine geringe Rauigkeit auf, um eine Totalreflexion zu ermöglichen. Beispielsweise weist der Träger 21 eine Länge von ca. 30 mm bis ca. 45 mm auf. Die Breite und Dicke des Trägers 21 können beispielsweise ca. 2 mm bzw. ca. 0,9 mm betragen. Der Träger 21 kann außerdem an seinen Enden mit Endkontakten aus Edelstahl versehen werden.
In einem Schritt 42 werden die LED-Halbleiterchips 22 auf die erste Hauptoberfläche 31 des Trägers 21 montiert.
In einem Schritt 43 werden die LED-Halbleiterchips 22 mit Bonddrähten untereinander sowie mit den Endkontakten elektrisch verbunden.
In einem Schritt 44 werden die erste und die zweite Konverterschicht 23, 24 auf den Träger 21 aufgebracht.
Bezugszeichenliste

10: Leuchtfadenvorrichtung
11: Träger
12: LED-Halbleiterchip
13: erste Konverterschicht
14: zweite Konverterschicht
16: Lichtstrahl
17: Bereich
18: Bereich
19: Leuchtfadenvorrichtung
20: Leuchtfadenvorrichtung
21: Träger
22: LED-Halbleiterchip
23: erste Konverterschicht
24: zweite Konverterschicht
25: Längsrichtung
26: Stelle
31: erste Hauptoberfläche
32: zweite Hauptoberfläche
33: Seitenfläche
34: Seitenfläche
35: Lichtstrahl
40: Verfahren
41: Schritt
42: Schritt
43: Schritt
44: Schritt

Claims

Leuchtfadenvorrichtung (20) mit einem Träger (21), der sich in einer Längsrichtung (25) erstreckt und der eine erste Hauptoberfläche (31), eine der ersten Hauptoberfläche (31) gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (32) und zwei die beiden Hauptoberflächen (31, 32) miteinander verbindende Seitenflächen (33, 34) aufweist, optoelektronischen Bauelementen (22), die auf der ersten Hauptoberfläche (31) des Trägers (21) angeordnet sind, einer ersten Konverterschicht (23), die auf der ersten Hauptoberfläche (31) des Trägers (21) angeordnet ist und die optoelektronischen Bauelemente (22) bedeckt, und einer zweiten Konverterschicht (24), die auf der zweiten Hauptoberfläche (32) des Trägers (21) angeordnet ist, wobei der Träger (21) an mindestens einer Stelle (26) entlang der Längsrichtung (25) derart ausgestaltet ist, dass mindestens eine der zwei Seitenflächen (33, 34) einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche (31) von mehr als 90° einschließt.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei eine Außenseite der mindestens einen der zwei Seitenflächen (33, 34) an der mindestens einen Stelle (26) zumindest teilweise freiliegend ist.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine der zwei Seitenflächen (33, 34) an der mindestens einen Stelle (26) einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche (31) in einem Bereich von 120° bis 150° einschließt.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (21) an der mindestens einen Stelle (26) derart ausgestaltet ist, dass beide Seitenflächen (33, 34) jeweils einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche (31) von mehr als 90° einschließen.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (21) an der mindestens einen Stelle (26) im Querschnitt trapezförmig ist.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Konverterschicht (23) die erste Hauptoberfläche (31) des Trägers (21) an der mindestens einen Stelle (26) vollständig bedeckt und/oder die zweite Konverterschicht (24) die zweite Hauptoberfläche (32) des Trägers (21) an der mindestens einen Stelle (26) vollständig bedeckt.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (21) aus einem Material mit einem Brechungsindex kleiner als 1,7 gefertigt ist.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (21) aus Glas oder einem Kunststoff gefertigt ist.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optoelektronischen Bauelemente (22) dazu ausgebildet sind, blaues Licht zu erzeugen.
Leuchtfadenvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Konverterschicht (23) und/oder die zweite Konverterschicht (24) Phosphor aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung mit einer oder mehreren Leuchtfadenvorrichtungen (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kennzeichenbeleuchtungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer oder mehreren Leuchtfadenvorrichtungen (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren (40) zur Herstellung einer Leuchtfadenvorrichtung (20), mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Trägers (21), der sich in einer Längsrichtung (25) erstreckt und der eine erste Hauptoberfläche (31), eine der ersten Hauptoberfläche (31) gegenüberliegende zweite Hauptoberfläche (32) und zwei die beiden Hauptoberflächen (31, 32) miteinander verbindende Seitenflächen (33, 34) aufweist, wobei der Träger (21) an mindestens einer Stelle (26) entlang der Längsrichtung (25) derart ausgestaltet ist, dass mindestens eine der zwei Seitenflächen (33, 34) einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche (31) von mehr als 90° einschließt, Anordnen von optoelektronischen Bauelementen (22) auf der ersten Hauptoberfläche (31) des Trägers (21), Aufbringen einer ersten Konverterschicht (23) auf der ersten Hauptoberfläche (31) des Trägers (21) und den optoelektronischen Bauelementen (22), und Aufbringen einer zweiten Konverterschicht (24) auf der zweiten Hauptoberfläche (32) des Trägers (21).
Verfahren (40) nach Anspruch 13, wobei eine Außenseite der mindestens einen der zwei Seitenflächen (33, 34) an der mindestens einen Stelle (26) zumindest teilweise freiliegend bleibt.
Verfahren (40) nach Anspruch 13 oder 14, wobei die mindestens eine der zwei Seitenflächen (33, 34) an der mindestens einen Stelle (26) einen Winkel mit der ersten Hauptoberfläche (31) in einem Bereich von 120° bis 150° einschließt.