WO2014067716A1 - Led-lichtsystem - Google Patents

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WO2014067716A1
WO2014067716A1 PCT/EP2013/069885 EP2013069885W WO2014067716A1 WO 2014067716 A1 WO2014067716 A1 WO 2014067716A1 EP 2013069885 W EP2013069885 W EP 2013069885W WO 2014067716 A1 WO2014067716 A1 WO 2014067716A1
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WO
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phosphor
group
light system
temperature
refractive index
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PCT/EP2013/069885
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English (en)
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Inventor
Jörg FRISCHEISEN
Stefan Lange
Original Assignee
Osram Gmbh
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Publication date
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    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body

Definitions

  • the invention relates to a lighting system with color space stabilization according to the preamble of claim 1. Such lighting systems are particularly suitable for general lighting.
  • the object of the present invention is to provide a light system whose color impression remains as stable as possible at different temperatures.
  • the differing ⁇ chen temperatures often result in the start-up phase of operation or in different environments. Preference is given to a white color impression, but a colored color impression is not excluded.
  • a light system with color locus stabilization on the basis of semiconductor components has according to the invention at least two different types of semiconductor components, wherein the radiation of a first type of semiconductor components is at least partially converted by a first means for conversion.
  • the radiation of the second type of Halbleiterbau ⁇ elements is longer wavelength than that of the first Halbleiterbau- elements, wherein the second semiconductor devices are angeord ⁇ net, that their radiation is not absorbed by a phosphor substantially.
  • a second means for Kon ⁇ version is connected upstream of the first semiconductor device whose conversion behavior is temperature-dependent.
  • a lighting system based on a first conversion LED and a second single-color LED, in particular a red LED, is provided.
  • the invention relates in detail to lighting systems such as LED lamps or LED lights, which are based on the partial conversion of light from mostly blue or UV LEDs by phosphor combined with other LEDs of larger wavelengths, eg red emitting, so that a total of certain, mostly white, color impression arises.
  • the partial conversion can either take place close to the chip, or one can use a remote solution in which the LEDs are spatially separated from the phosphor.
  • the phosphor in a matrix such as plastic / polymer, glass, silicone, or the like. eg be attached as a kind Kup ⁇ pel or plate over the LEDs.
  • red LEDs which are generally based on InGaAlP
  • the light system emits more red light at room temperature or shortly after switching on than at operating conditions (ie at a higher temperature than room temperature), if no countermeasures are taken.
  • the peak emission of the shorter wavelength first LED is generally in a range of 350 to 460 nm
  • the peak emission of the longer wavelength second LED is generally at least 500 nm, often at least 570 nm.
  • the passive optical element with a litter material, such as glass ⁇ particle, are attached to the second, red LED in a matrix, for example silicone.
  • a matrix for example silicone.
  • the temperature-dependent refractive index of silicone is used, which becomes smaller with increasing temperature. The difference is about 0.035 between room temperature and 125 ° C.
  • the refractive index of glass is almost constant in this temperature range. If one adapts the used scattering materials from the refractive index so that under operating conditions the refractive index of Scattering material and matrix is almost equal, then the scattering effect is minimal in operating conditions, while at room temperature, a greater refractive index difference and thus a higher scattering effect is present.
  • the passive optical element thus leads to scattering losses for the light of the second, red LEDs occurring at room temperature, while under operating conditions the light from the red LEDs is radiated largely undisturbed. This reduces the color locus shift with temperature.
  • the effect can be enhanced by additional absorber materials in the matrix.
  • This variant has the disadvantage of losing a portion of the emitted light even in operating conditions since the op ⁇ tables element is not transparent perfect. This will be destroyed at operating conditions and especially at lower temperatures ren light and thus reduces the efficiency and there is need for more red LEDs and thus the cost it ⁇ increased.
  • the invention provides as a solution to the problem above all the use of an additional temperature-dependent converter element, which is at least the first group of LEDs pre ⁇ switched and emitted in a spectral range, which is in Wellenoughn Schlleitererbauele ⁇ ments.
  • the emission preferably differs at least one of the converter material contained in the temperature-dependent converter element not or only slightly from the emission of the second semiconductor device. This can be achieved by playing the appropriate tuning of the respective peak or dominant wave lengths of both emission spectra at ⁇ .
  • both Emis ⁇ sion spectra can for example be in the red spectral range.
  • This element consists of one or more Leucht ⁇ materials in a suitable matrix.
  • At least one luminescent substance which emits secondary radiation which lies in the region of the emission of the second semiconductor element and matrix are selected so that the difference of their refractive indices at low temperatures, eg at room temperature or shortly after switching on the lamp, is very high is small, while the difference in their refractive indices at higher Tem ⁇ temperatures, for example at operating conditions of the lamp is larger.
  • the light, which penetrates the temperature-dependent converter element hardly scattered at low temperatures and the optical path length is relatively low, so that little light of the first LED, usually blue, can be absorbed by the phosphor and converted.
  • At higher tempera tures ⁇ the light is scattered, the optical path length becomes greater and it will absorb more blue light and converted.
  • the emitting in the spectral range of the second semiconductor element in particular for
  • Example red-emitting phosphor of bh briefly ⁇ gen converter element at room temperature so almost "un ⁇ visible", ie it is not noticeable, while changing at a higher temperature, the refractive index of the matrix and therefore the scattering and absorption of light by the temperature-dependent converter element is greater ,
  • the element may also comprise an inorganic filler.
  • the inorganic filler may comprise a glass, quartz, silica gel, SiO 2 particles, in particular In particular, spherical Si0 2 particles, a borosilicate glass or a combination thereof include or consist of.
  • Si0 2 particles have an index of refraction at room temperature of 1.46, glass of 1.45 to 2.14, borosilicate glass of 1.50 to 1.55.
  • the filler comprises or consists of a silicate, a ceramic or an aluminum oxide, for example corundum.
  • the matrix material may comprise or consist of a silicone, an epoxy resin, an acrylic resin, a polyurethane, a polycarbonate or a combination thereof.
  • the matrix material may also comprise or consist of a mixture of different plastics and / or silicones.
  • the matrix material may in particular comprise or consist of a silicone, a methyl-substituted silicone, for example poly (dimethylsiloxane) and / or polymethylphenylsiloxane, a cyclohexyl-substituted silicone, for example poly (dicyclohexyl) siloxane, or a combination thereof.
  • an epoxy resin or an acrylic resin may include 1:48 to 1:53 a refractive index at room temperature, 1.46 to 1.60, in particular ⁇ sondere.
  • a polycarbonate generally has a higher refractive index, for example 1.55 to 1.65, in particular 1.58 to 1.60.
  • a silicone has a refractive index of 1.40 to 1.54.
  • the refractive index of the matrix Mate ⁇ rials is adjusted so that it is higher at room temperature than the refractive index of the filler, since often the thermo-optical coefficient of the matrix material is higher than the thermo-optical coefficient of the filler, and thus the
  • Refractive index of the matrix material decreases with increasing temperature faster in operation of the device than the Bre ⁇ deviation index of the filler.
  • Silicone is suitable as the matrix material of the temperature-dependent converter element, for example, which is available in various variants with refractive indices between about 1.39 and 1.55.
  • the refractive index of the silicone depends comparatively strongly on the temperature and decreases with increasing temperature.
  • the phosphor of the temperature-dependent converter element are all materials in question have a similar refractive index At low temperatures ⁇ Geren as the matrix material. The difference should not be greater than 10%, better not more than 5%.
  • the first LED (or group of LEDs) uses a UV-emitting LED. It is then possible, for example, to use a phosphor which absorbs in the UV range and emits in the blue spectral range.
  • a phosphor which absorbs in the UV range and emits in the blue spectral range.
  • suitable phosphor are luminescent materials from the basic type BAM or SCAP as they are be ⁇ known in principle.
  • this blue-emitting phosphor over a UV LED and thus generate more or less additional blue light depending on the temperature, the on the other hand can be further converted via a yellow, green or red phosphor.
  • the refractive index of a silicone depends in particular on the organic substituents R 1 , R 2 and R 3 on the silicon atom and on the degree of branching of the silicone. Terminal groups of the silicone can be with R 1 R 2 R 3 SIOI / 2, linear groups with R 1 R 2 Si0 2/2 and branching groups R 1 SI03 / 2 be ⁇ write. R 1 and / or R 2 and / or R 3 may be independently selected on each silicon atom. R 1 , R 2 and R 3 are selected from a variety of organic substituents having a different number of carbon atoms. The organic substituents may be in any proportion to one another in a silicone. As a rule, a substituent has 1 to 12, in particular 1 to 8, carbon atoms.
  • R 1 , R 2 and R 3 are selected from methyl, ethyl, cyclohexyl or phenyl, in particular methyl and phenyl.
  • Organic substituent having many carbon atoms increase the refractive index, as a rule, while smaller substituent ⁇ th result in a lower refractive index.
  • a silicone that is rich in methyl groups may have a low refractive index, for example from 1.40 to 1.44.
  • a silicone which is rich in phenyl groups or cyclohexyl groups for example, can have a higher refractive index.
  • suitable material systems for the temperature-dependent phosphor are, for example, K 2 SiF 6: Mn, CaF 2: Eu, SrF 2: Eu.
  • additional scattering materials with a suitable refractive index can be added.
  • the invention can be realized as follows: The temperature-dependent conversion element can be connected upstream of each blue LED, or even only part of the blue LEDs.
  • the element can also be connected in series to all blue LEDs.
  • the element can be connected upstream of first, blue, LEDs and second, red LEDs.
  • the red light of the LEDs is only slightly more scattered under operating conditions, but hardly absorbed.
  • the temperature-dependent conversion element can have an off ⁇ guide die in direct contact with the corresponding LEDs, in a second embodiment it may also be designed as a remote element, such as a plate or dome over the LEDs. It then has no direct contact with the LEDs.
  • the combinations of these embodiments are also possible when converting the blue LEDs into e.g. green / yellow / red light is not about chip-to-chip conversion, but about spaced conversion. If both conversion layers are designed as spaced apart, in principle different embodiments are possible for the sequence of the remote elements, in addition the elements can optionally be mounted over all the LEDs or only over a part of the LEDs.
  • Konversionstechni ⁇ ken come into consideration, for example, is by means of sieve ⁇ printing, knife coating or produced by spraying tablets made of phosphor and a matrix material or Volumenver- cast, sedimentation, or electrophoretic deposition.
  • manufacturing methods such as injection molding and extrusion can be used.
  • the scattering effect can be increased even more, in which one
  • the conversion effect in the temperature-dependent converter element can be enhanced by adding further phosphors.
  • these are Leuchtstof ⁇ fe, which are either very coarse or very fine-grained.
  • phosphors having a d50 of at least 10 are, in particular on the one hand meant ym, on the other hand, phosphors having a d50 less than 200 nm.
  • Such additives are, however inte ⁇ esting, because in this case their scattering effect is relatively small and thus the effect of the solution according to the invention even at low Temperatures are hardly affected. Therefore, under these circumstances, it is also possible to use phosphors whose refractive index differs from that of the matrix. Very fine grain phosphors may in particular quantum ⁇ points, so-called. Quantum dots are used, eg in the form of colloidal quantum dots. Suitable materials for
  • Quantum dots are, for example, semiconductor materials from the III-V, II-VI or I-III-VI2 groups, e.g. GaP, InP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS or CdSe.
  • the quantum dots may be formed as a core / shell structure or contain ligands.
  • Improved lighting system such as a more homogeneous In ⁇ tensticiansver republic as a function of the radiation angle or a more homogeneous distribution of the color properties as a function of the radiation angle.
  • phosphors which are geeig ⁇ net for use in the second means in particular shell, orthosilicates, chloro silicates, nitridosilicates and derivatives thereof are proposed in particular:
  • Room temperature means a temperature of at most 20 ° C
  • operating temperature is a temperature ⁇ ture of at least 100 ° C.
  • Group means at least one element, especially a plurality.
  • Solid state light source means a chip, LED, laser diode, module with such a semiconductor device or the like.
  • Lighting system characterized in that the material of the matrix of the second agent of the type Sili ⁇ kon, whose refractive index decreases with increasing temperature.
  • Lighting system according to proposal 2 characterized in that the phosphor of the second agent is a phosphor having a peak emission in the range 580 to 660 nm.
  • Lighting system according to proposal 1, characterized in that the material of the matrix of the second agent is of the type Sili ⁇ kon, whose refractive index at room temperature has a value of n 1.39 to 1.55.
  • Lighting system according to proposal 1 characterized in that the phosphor of the second agent at room temperature is similar to the matrix, and differs from this at most by 3%.
  • Lighting system according to proposal 1 characterized in that the first group emits primarily blue, with in particular a peak emission in the range 430 to 470 nm.
  • Lighting system according to proposal 6 characterized in that the phosphor of the second agent has a peak emission in the red spectral range at 580-660 nm.
  • Lighting system according to proposal 8 characterized in that the phosphor of the second agent has a peak emission in the blue spectral range at 430 to 470 nm.
  • Lighting system according to proposal 1 characterized in that a phosphor of the second agent is selected from the group K2SiF6: Mn, CaF2: Eu, SrF2: Eu, alone or in combination. Lighting system according to proposal 1, characterized in that the second means also has scattering materials with appro priate ⁇ refractive index. Lighting system according to proposal 1, characterized in that the first means comprises a phosphor which partially converts the primary radiation of the first group into secondary radiation with a peak wavelength in the range 480 to 580 nm. Lighting system according to proposal 1, characterized in that the second means is also connected upstream of the second group or a part thereof.
  • Lighting system according to proposal 1 characterized in that the radiation of both groups mixes to white, in particular ⁇ special with a color temperature in the range 2300 to 8000 K.
  • Fig. 1 shows a lighting system according to the prior art
  • Fig. 2 shows a second lighting system according to the prior art
  • the light source comprises as a half ⁇ semiconductor component a first group or at least one blue LED 2 of the type InGaN with a peak emission wavelength of, for example, 450 nm.
  • the array further contains as a second group or at least one red emitting LED 3.
  • a first conversion means of the first group here the first LED 2, near the chip a yellow or green emitting first phosphor 4, such as YAG: Ce (yellow) or green SiA
  • the system mixes to white (6), example ⁇ , with a color temperature of 2600 K.
  • a diffuser 5 is pre scarf ⁇ tet the whole module, for better homogenization.
  • Figure 2 shows another arrangement of a prior art light ⁇ system 1, again with the first (2) and second (3) LED as shown in Figure 1.
  • the first means for conversion beabstan- Det arranged by the first group on a dome 8, it is a so-called.
  • Remote phosphor concept The dome may also contain litter material.
  • Figure 3 shows in detail a first embodiment according to the invention, in the state at low temperature, in particular room temperature.
  • the mode of operation of the first group of LEDs is explained, the second group is not shown here, it is similar to that in FIG. 1 or 2.
  • a representative of the first group here has a blue (b) emitting LED 2.
  • a layer 14 of partially converting phosphor similar to the first phosphor mentioned in FIG. 1 or 2, is applied directly to it.
  • the converted radiation is labeled g.
  • a white ⁇ tere second layer is connected upstream of the first means 10 as a second means, here it is applied directly to the first means.
  • the second layer 10 comprises at least two components, namely a matrix of Si ⁇ Likon 11 and a phosphor 12 with a strongly temperature-dependent refractive index represented in a highly schematic.
  • Phosphor is especially K2SiF6: Mn. This has a Bre ⁇ index at room temperature of about 1.4 and is thus particularly well suited for interaction with silicone.
  • Figure 4 shows the conditions of the first Tinsbei ⁇ game at high temperature, typically 80 to 180 ° C in the operating state. At this temperature, the difference in the refractive index between the second phosphor 12 and an embedded matrix 11 is significantly higher, for example three times as high as at room temperature.
  • Figure 5 shows a further exemplary embodiment schematically, wherein the first group consists of two LEDs 2, of which the own second means is each ⁇ upstream sixteenth
  • FIG. 6a shows an embodiment in which a group of two blue LEDs 2 (first group) is a cross-Plätt ⁇ chen is preceded by 17 with the second agent.
  • Each first LED 2 has the first conversion means 4 close to the chip.
  • 6b shows an embodiment in which the second ⁇ tel With no separate platelets, but a casting 18, which not only sits before each of the blue LEDs 2 in the light path, but also laterally between the two LEDs. 2
  • FIG. 7a shows an exemplary embodiment analogous to FIG. 6a, in which the second means as a plate 20 extends not only via the first group, represented here by two blue LEDs 2, but also via the second group, represented by a red-emitting LED 3.
  • the second means may again extend, as encapsulation 21, also to the intermediate spaces between the semiconductor elements 2, 2, 3.
  • FIG. 8 shows a module in which the first and second groups of LEDs 2, 2, 3 are seated together on a substrate 25.
  • the first group has chip near conversion means 4 as the first Means open, for conversion to yellow / green.
  • the temperature-dependent second means 22 is introduced into or applied to a dome spanning all light sources.
  • FIG. 9 shows, as a light system, a white-emitting LED module in which the second means 30 is applied close to the chip directly to the LEDs 2 of the first group of light sources.
  • First (2) and second (3) group are plotted together on a sub strate ⁇ 25th
  • a dome 8 spans both groups together, this dome having the first conversion means 31.
  • This arrangement is particularly suitable for com ⁇ pensation, as the first means 31 is not exposed to too much thermal stress, so a certain tempera ⁇ turfactkeit the refractive index of the first phosphor can be accepted.
  • the temperature-sensitive second phosphor in the second means 30 is exposed to a maximum difference in temperature and can thus fully develop its regulating function.
  • FIG. 10 a shows a lighting system that is constructed similarly to FIG. 9, but here the temperature-dependent converter element extends as a plate 20 over both first LEDs 2.
  • Figure 10b shows a similar optical system, wherein the temperature-dependent converter element also Zvi ⁇ rule extends as a casting 21, the two blue LEDs.
  • 2 Figure IIa shows a similar lighting system, but the plate 20 with the second means also extends over the LED 3 of the second group.
  • Figure IIb shows a similar lighting system, wherein the temperature-dependent converter element 21 also extends between the blue (2) and red (3) LEDs
  • FIG. 12 a shows a particularly preferred exemplary embodiment of an LED module which, similar to that described in FIG. is built.
  • blue (2) and red (3) LEDs are each mounted on the substrate 25 without phosphor.
  • a first dome 88 spans over it, which contains the second means 89, that is to say the temperature-dependent converter element. Outside the first dome spans a second dome 90, which contains the first means 91, ie the temperaturunab ⁇ dependent phosphor which emits yellow or green.
  • the first and second means may be reversed in order.
  • Figure 12b shows another embodiment, figure 12a is similar, but the first and second means is each ⁇ wells placed only over a portion of LEDs, namely via the LEDs 2 of the first group.

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Abstract

Ein LEDs-Lichtsystem mit Farbort-Stabilisierung auf Basis von Halbleiterbauelementen weist mindestens zwei verschiedene Arten von LED-Halbleiterbauelementen auf, wobei die Strahlung einer ersten Art von Halbleiterbauelementen von einer ersten Mittel zur Konversion zumindest teilweise konvertiert wird. Die Strahlung der zweiten Art von Halbleiterbauelementen ist längerwellig als die des ersten Halbleiterbauelements, wobei die zweiten Halbleiterbauelementen so angeordnet sind, dass ihre Strahlung im wesentlichen nicht von einem Leuchtstoff absorbiert wird. Zur Farbort-Stabilisierung wird dem ersten Halbleiterbauelement ein zweites Mittel zur Konversion vorgesch dessen Konversionsverhalten temperaturabhängig ist.

Description

Beschreibung
LED-LICHTSYSTEM
Technisches Gebiet Die Erfindung geht aus von einem Lichtsystem mit Farbort- Stabilisierung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lichtsysteme sind insbesondere für Allgemeinbeleuchtung geeignet .
Stand der Technik
Aus der US 6 234 648 ist ein Lichtsystem bekannt, bei dem blaue LEDs und rote LEDs zusammen mit einem Leuchtstoff be¬ nutzt werden, der die Strahlung der blauen LED in grüne
Strahlung verwandelt.
Aus der DE 10 2010 034 913 ist die Verwendung von Materialien für LEDs bekannt, deren Brechungsindex temperaturabhängig ist. Die dort verwendeten Definitionen für Betriebstempera¬ tur, Brechungsindex und Änderung des Brechungsindex als ther- mo-optischer Koeffizient dn/dT soll auch im folgenden Anwendung finden.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lichtsys- tem bereitzustellen, dessen Farbeindruck bei unterschiedlichen Temperaturen möglichst stabil bleibt. Die unterschiedli¬ chen Temperaturen entstehen oft in der Anlaufphase des Betriebs oder in unterschiedlichen Umgebungen. Bevorzugt ist ein weißer Farbeindruck, jedoch ist ein farbiger Farbeindruck nicht ausgeschlossen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein Lichtsystem mit Farbort-Stabilisierung auf Basis von Halbleiterbauelementen weist erfindungsgemäß mindestens zwei verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen auf, wobei die Strahlung einer ersten Art von Halbleiterbauelementen von einem ersten Mittel zur Konversion zumindest teilweise konvertiert wird. Die Strahlung der zweiten Art von Halbleiterbau¬ elementen ist längerwellig als die des ersten Halbleiterbau- elements, wobei die zweiten Halbleiterbauelemente so angeord¬ net sind, dass ihre Strahlung im wesentlichen nicht von einem Leuchtstoff absorbiert wird. Zur Farbort-Stabilisierung wird dem ersten Halbleiterbauelement ein zweites Mittel zur Kon¬ version vorgeschaltet, dessen Konversionsverhalten tempera- turabhängig ist.
Insbesondere wird ein Lichtsystem auf Basis einer ersten Konversions-LED und einer zweiten einfarbigen LED, insbesondere einer roten LED, bereitgestellt.
Die Erfindung bezieht sich im Detail auf Lichtsysteme wie LED-Lampen oder LED-Leuchten, die auf der teilweisen Konversion von Licht von meist blauen oder UV-LEDs durch Leuchtstoff kombiniert mit anderen LEDs größerer Wellenlänge, z.B. rot emittierend, basieren, so dass insgesamt ein bestimmter, meist weißer, Farbeindruck entsteht. Die teilweise Konversion kann entweder chipnah stattfinden, oder man kann eine Remote- Lösung verwenden, in der die LEDs räumlich vom Leuchtstoff getrennt sind. Dabei kann der Leuchtstoff in einer Matrix wie Kunststoff/Polymer, Glas, Silikon o.ä. z.B. als eine Art Kup¬ pel oder Platte über den LEDs angebracht sein.
Da sich die Effizienz der blauen, im allgemeinen auf InGaN basierenden, und der längerwelligen zweiten LEDs, meist roten LEDs, die im allgemeinen auf InGaAlP basieren, mit steigender Temperatur unterschiedlich verändert, führt eine Temperaturerhöhung zu einer Verschiebung des Farborts. In der Regel emittiert das Lichtsystem bei Raumtemperatur bzw. kurz nach dem Einschalten mehr rotes Licht als bei Betriebsbedingungen (d.h. bei höherer Temperatur als Raumtemperatur), wenn man keine Gegenmaßnahmen ergreift.
Die Peakemission der kürzerwelligen ersten LED liegt im allgemeinen in einem Bereich 350 bis 460 nm, die Peakemission der längerwelligen zweiten LED liegt im allgemeinen bei mindestens 500 nm, oft bei mindestens 570 nm.
Für die Kompensation der Farbort-Verschiebung gibt es ver- schiedene Ansätze:
1. Aktive Regelung der Ströme für erste, insbesondere blaue, und zweite, insbesondere rote, LEDs je nach Temperatur. Diese Variante hat den Nachteil, dass der für die Regelung nötige elektronische Treiber sehr aufwendig und damit teuer ist. 2. Verwendung von geeigneten Leuchtstoffen bzw. Leuchtstoffmischungen damit das Spektrum der konvertierten ersten, vorteilhaft blauen, LEDs zu einer teilweisen Kompensation der Farbort-Verschiebung führt. Hierbei kann man sich zunutze machen, dass sich z.B. die Peak-Wellenlänge der blauen LEDs mit der Temperatur in eine Richtung verschiebt und damit bei man¬ chen Leuchtstoffen bzw. Leuchtstoffmischungen eine Änderung ihres Emissionsspektrums oder auch der relativen Absorption bzw. Anregbarkeit einhergeht. Allerdings kann diese Variante die Farbort-Verschiebung im Fall einer Gruppe von zwei LEDs, die blau und rot emittieren, nicht gut genug kompensieren. 3. Passives optisches Element mit Streumaterial, z.B. Glas¬ partikel, sind in einer Matrix, z.B. Silikon, über der zweiten, roten LED angebracht. Hier wird der temperaturabhängige Brechungsindex von Silikon ausgenutzt, der mit steigender Temperatur kleiner wird. Die Differenz ist ca. 0,035 zwischen Raumtemperatur und 125°C. Dagegen ist der Brechungsindex von Glas nahezu konstant in diesem Temperaturbereich. Passt man die verwendeten Streumaterialien vom Brechungsindex her so an, dass bei Betriebsbedingungen der Brechungsindex von Streumaterialien und Matrix nahezu gleich ist, dann ist die Streuwirkung bei Betriebsbedingungen minimal, während bei Raumtemperatur eine größere Brechungsindexdifferenz und damit eine höhere Streuwirkung vorliegt. Das passive optische Ele- ment führt also dazu, dass bei Raumtemperatur Streuverluste für das Licht der zweiten, roten LEDs auftreten, während bei Betriebsbedingungen das Licht der roten LEDs größtenteils ungestört abgestrahlt wird. Damit wird die Farbort-Verschiebung mit der Temperatur reduziert. Der Effekt kann durch zusätzli- che Absorbermaterialien in der Matrix verstärkt werden. Diese Variante hat den Nachteil, dass auch bei Betriebsbedingungen ein Anteil des abgestrahlten Lichts verloren geht, da das op¬ tische Element nicht perfekt transparent wird. Damit wird bei Betriebsbedingungen und vor allem bei niedrigeren Temperatu- ren Licht vernichtet und damit die Effizienz verringert bzw. es werden mehr rote LEDs benötigt und damit die Kosten er¬ höht .
4. Verwendung eines wellenlängenabhängigen Absorbermaterials bzw. Filters. Man nutzt den Effekt aus, dass sich die Emissi- on der roten LEDs mit steigender Temperatur zu größeren Wellenlängen verschiebt. Es soll daher ein Filter mit einer steilen Transmissionskurve verwendet werden, so dass bei Raumtemperatur ein Teil der Emission absorbiert wird, während bei Betriebsbedingungen das Licht der roten LEDs möglichst ungehindert transmittiert wird. Nachteil bei dieser Variante ist ebenfalls, dass Licht absichtlich vernichtet wird und ty¬ pischerweise auch bei Betriebsbedingungen ein gewisser Restverlust vorhanden ist.
Die Erfindung sieht als Lösung des Problems vor allem die Verwendung eines zusätzlichen temperaturabhängigen Konverterelements vor, das zumindest der ersten Gruppe von LEDs vorge¬ schaltet ist und in einem Spektralbereich emittiert, der im Wellenlängenbereicht der zweiten Gruppe von Halbleiterbauele¬ menten liegt. Bevorzugt unterscheidet sich die Emission min- destens eines der im temperaturabhängigen Konverterelement enthaltenen Konvertermaterials nicht oder nur wenig von der Emission des zweiten Halbleiterbauelements. Dies kann bei¬ spielsweise durch die geeignete Abstimmung der jeweiligen Peak- oder Dominanzwellenlängen beider Emissionsspektren erreicht werden. Insbesondere können beispielsweise beide Emis¬ sionsspektren im roten Spektralbereich liegen.
Dieses Element besteht aus einem oder auch mehreren Leucht¬ stoffen in einer geeigneten Matrix. Mindestens ein Leucht- Stoff, welcher Sekundärstrahlung emittiert, die im Bereich der Emission des zweiten Halbleiterelements liegt und Matrix sind dabei so gewählt, dass die Differenz ihrer Brechungsin- dices bei niedrigen Temperaturen, z.B. bei Raumtemperatur bzw. kurz nach dem Einschalten der Lampe, sehr gering ist, während die Differenz ihrer Brechungsindices bei höheren Tem¬ peraturen, z.B. bei Betriebsbedingungen der Lampe, größer ist. Dadurch wird das Licht, welches das temperaturabhängige Konverterelement durchdringt, bei niedrigen Temperaturen kaum gestreut und die optische Weglänge ist relativ gering, so dass wenig Licht der ersten LED, meist blau, vom Leuchtstoff absorbiert und konvertiert werden kann. Bei höheren Tempera¬ turen wird das Licht stärker gestreut, die optische Weglänge wird größer und es wird mehr blaues Licht absorbiert bzw. konvertiert. Insgesamt ist der im spektralen Bereich des zweiten Halbleiterelements emittierende, insbesondere zum
Beispiel rot emittierende Leuchtstoff des temperaturabhängi¬ gen Konverterelements bei Raumtemperatur also beinahe „un¬ sichtbar", d.h. er macht sich nicht bemerkbar, während sich bei höherer Temperatur der Brechungsindex der Matrix ändert und damit die Streuung und Absorption des Lichts durch das temperaturabhängige Konverterelement größer wird.
Ggf. kann das Element auch einen anorganischen Füllstoff umfassen. Gemäß einer Ausführungsform kann der anorganische Füllstoff ein Glas, Quarz, Kieselgel, Si02-Partikel , insbe- sondere sphärische Si02~Partikel , ein Borosilicatglas oder eine Kombination davon umfassen oder daraus bestehen. Beispielsweise weisen Si02~Partikel einen Brechungsindex bei Raumtemperatur von 1.46, Glas einen von 1.45 bis 2.14, ein Borosilicatglas einen von 1.50 bis 1.55 auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst oder besteht der Füllstoff aus einem Silicat, einer Keramik oder einem Aluminiumoxid, beispielsweise Korund.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Matrixmaterial ein Silikon, ein Epoxidharz, ein Acrylharz, ein Polyurethan, ein Polycarbonat oder eine Kombination davon umfassen oder daraus bestehen. Das Matrixmaterial kann auch ein Gemisch unterschiedlicher Kunststoffe und/oder Silikone umfassen oder daraus bestehen. Das Matrixmaterial kann insbesondere ein Si- likon, ein Methyl substituiertes Silikon, beispielsweise Po- ly (dimethylsiloxan) und/oder Polymethylphenylsiloxan, ein Cyclohexyl substituiertes Silikon, zum Beispiel Po- ly (dicyclohexyl ) siloxan, oder eine Kombination davon umfassen oder daraus bestehen.
Beispielsweise kann ein Epoxidharz oder ein Acrylharz einen Brechungsindex bei Raumtemperatur von 1.46 bis 1.60, insbe¬ sondere von 1.48 bis 1.53 aufweisen. Ein Polycarbonat weist in der Regel einen höheren Brechungsindex, beispielsweise 1.55 bis 1.65, insbesondere 1.58 bis 1.60 auf. Ein Silikon weist einen Brechungsindex von 1.40 bis 1.54 auf.
Besonders vorteilhaft ist der Brechungsindex des Matrixmate¬ rials so eingestellt, dass er bei Raumtemperatur höher ist, als der Brechungsindex des Füllstoffs, da häufig der thermo- optische Koeffizient des Matrixmaterials höher ist als der thermo-optische Koeffizient des Füllstoffs, und somit der
Brechungsindex des Matrixmaterials mit steigender Temperatur beim Betrieb des Bauelements schneller abnimmt als der Bre¬ chungsindex des Füllstoffs. Als Matrixmaterial des temperaturabhängigen Konverterelements ist beispielsweise Silikon geeignet, das es in verschiedenen Varianten mit Brechungsindizes zwischen etwa 1,39 und 1,55 gibt. Dabei hängt der Brechungsindex des Silikons vergleichs- weise stark von der Temperatur ab und sinkt mit steigender Temperatur. Als Leuchtstoff des temperaturabhängigen Konverterelements kommen alle Materialien in Frage, die bei niedri¬ geren Temperaturen einen ähnlichen Brechungsindex haben wie das Matrixmaterial. Der Unterschied sollte nicht größer als 10% sein, besser höchstens 5%.
Prinzipiell kommen alle Leuchtstoffe in Frage, die das Licht der blauen LEDs absorbieren und dann bei größerer Wellenlänge sekundär emittieren. Vor allem sind rot emittierende Leuchtstoffe interessant, aber auch orange oder auch grün emittie- rende Leuchtstoffe. Im ersteren Fall wird bei höheren Tempe¬ raturen mehr blaues Licht in rotes Licht konvertiert als bei niedrigen Temperaturen. Damit kann die Farbort-Verschiebung in einem System mit erster und zweiter LED verbessert und stabilisiert werden, so dass es zwischen dem Einschalten und dem Erreichen der Betriebsbedingungen weniger Verschiebung des Farborts gibt. Prinzipiell ist es auch möglich, dass man, ggf. zusätzlich, Leuchtstoffe verwendet, die nicht im roten Spektralbereich emittieren. Auch damit ist eine Beeinflussung des Farborts in Abhängigkeit von der Temperatur möglich.
Dies gilt insbesondere, wenn man als erste LED (bzw. Gruppe von LEDs) eine UV-Emittierende LED verwendet. Dann ist es möglich, daß man z.B. einen Leuchtstoff, der im UV-Bereich absorbiert und im blauen Spektralbereich emittiert, verwendet. Beispiele für einen geeigneten Leuchtstoff sind Leucht- Stoffe vom Grundtypus BAM oder SCAP, wie sie im Prinzip be¬ kannt sind.
In diesem Fall kann man diesen blau emittierenden Leuchtstoff über einer UV-LED anbringen und damit je nach Temperatur mehr oder weniger zusätzliches blaues Licht generieren, das sei- nerseits wieder über einen gelben, grünen oder roten Leuchtstoff weiter konvertiert werden kann.
Der Brechungsindex eines Silikons richtet sich insbesondere nach den organischen Substituenten R1, R2 und R3 am Siliciuma- tom sowie nach dem Verzweigungsgrad des Silikons. Endständige Gruppen des Silikons lassen sich mit R1R2R3SiOi/2, lineare Gruppen mit R1R2Si02/2 und verzweigende Gruppen mit R1Si03/2 be¬ schreiben. R1 und/oder R2 und/oder R3 können an jedem Siliciu- matom unabhängig gewählt sein. R1, R2 und R3 sind dabei aus einer Variation von organischen Substituenten mit einer unterschiedlichen Anzahl von Kohlenstoffatomen gewählt. Die organischen Substituenten können in einem Silikon in einem beliebigen Verhältnis zueinander stehen. In der Regel weist ein Substituent 1 bis 12, insbesondere 1 bis 8, Kohlenstoffatome auf. Beispielsweise sind R1, R2 und R3 aus Methyl, Ethyl, Cyc- lohexyl oder Phenyl, insbesondere Methyl und Phenyl gewählt. Organische Substituenten mit vielen Kohlenstoffatomen erhöhen in der Regel den Brechungsindex, während kleinere Substituen¬ ten zu einem niedrigeren Brechungsindex führen. Beispielswei- se kann ein Silikon, das reich an Methylgruppen ist, einen niedrigen Brechungsindex, beispielsweise von 1.40 bis 1.44 aufweisen. Ein Silikon das zum Beispiel reich an Phenylgrup- pen oder Cyclohexylgruppen ist, kann hingegen einen höheren Brechungsindex aufweisen.
Allgemein kommen als Materialsystem für den temperaturabhängigen Leuchtstoff beispielsweise K2SiF6:Mn, CaF2:Eu, SrF2:Eu in Frage. Neben dem Leuchtstoff können noch zusätzlich Streumaterialien mit geeignetem Brechungsindex beigemischt werden. Für dieses grundlegende Konzept sind verschiedene Ausfüh- rungsformen denkbar. Im Fall von chipnaher Konversion der ersten, blauen LEDs in z.B. grünes oder gelbes oder rotes Licht kann die Erfindung folgendermaßen realisiert werden: Das temperaturabhängige Konversionselement kann jeder blauen LED, oder auch nur einem Teil der blauen LEDs, vorgeschaltet werden .
Das Element kann auch allen blauen LEDs gemeinsam vorgeschal- tet werden.
Das Element kann ersten, blauen, LEDs und zweiten, roten LEDs gemeinsam vorgeschaltet werden. In diesem Fall wird das rote Licht der LEDs bei Betriebsbedingungen nur ein wenig stärker gestreut, aber kaum absorbiert.
Das temperaturabhängige Konversionselement kann in einer Aus¬ führungsform direkten Kontakt mit den zugehörigen LEDs haben, in einer zweiten Ausführungsform kann es auch als Remote- Element gestaltet sein, z.B. als Platte oder Kuppel über den LEDs. Es hat dann keinen direkten Kontakt mit den LEDs.
Daneben sind auch die Kombinationen aus diesen Ausführungsformen möglich, wenn die Konversion der blauen LEDs in z.B. grünes/gelbes/rotes Licht nicht über chipnahe Konversion, sondern über beabstandete Konversion erfolgt. Wenn beide Konversionsschichten als beabstandet gestaltet werden, sind für die Reihenfolge der Remote-Elemente prinzipiell verschiedene Ausführungsformen möglich, außerdem können die Elemente wahlweise über allen LEDs oder nur über einem Teil der LEDs angebracht werden.
Für das Einbringen der Leuchtstoffe im temperaturabhängigen Konversionselement kommen viele etablierte Konversionstechni¬ ken in Frage, beispielsweise handelt es sich um mittels Sieb¬ druck, Rakeln oder durch Sprayen hergestellte Plättchen aus Leuchtstoff und einem Matrixmaterial oder auch Volumenver- guss, Sedimentation oder elektrophoretische Abscheidung. Au- ßerdem können Herstellmethoden wie Spritzgießen und Extrusion eingesetzt werden.
Die Streuwirkung lässt sich noch verstärken, in dem man
Streumaterialien euer mit geeignetem Brechungsindex zugibt. Die Konversionswirkung im temperaturabhängigen Konverterelement kann verstärkt werden, indem man weitere Leuchtstoffe hinzu gibt. Insbesondere handelt es sich dabei um Leuchtstof¬ fe, die entweder sehr grobkörnig oder sehr feinkörnig sind. Damit sind insbesondere einerseits Leuchtstoffe mit einem d50 von mindestens 10 ym gemeint, andererseits Leuchtstoffe mit einem d50 unter 200 nm. Derartige Zusätze sind deswegen inte¬ ressant, weil in diesem Fall ihre Streuwirkung relativ gering ist und damit der Effekt der erfindungsgemäßen Lösung auch bei niedrigen Temperaturen kaum beeinflusst wird. Deshalb kann man unter diesen Umständen auch Leuchtstoffe verwenden, deren Brechungsindex von dem der Matrix abweicht. Als sehr feinkörnige Leuchtstoffe können insbesondere auch Quanten¬ punkte, sog. quantum dots, eingesetzt werden, z.B. in Form von kolloidalen Quantenpunkten. Geeignete Materialien für
Quantenpunkte sind beispielsweise Halbleitermaterialien aus den III-V, II-VI oder I-III-VI2 Gruppen, z.B. GaP, InP, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS oder CdSe. Zur Verbesserung der Eigenschaften (z.B. optische Eigenschaften, Stabilität, Löslichkeit) können die Quantenpunkte als core/shell Struktur ausgebildet sein bzw. Liganden enthalten.
Bei Verwendung eines temperaturabhängigen Konversionselements ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Es wird weder kurz nach dem Einschalten noch unter Betriebsbedingungen absichtlich Licht vernichtet, wie es in anderen Techniken, die eingangs erwähnt wurden, geschieht. Erfindungsgemäß wird lediglich das fehlende langwellige, meist rote, Licht bei höheren Tempera¬ turen durch eine zusätzliche Rot-Konversion des Lichts der ersten LED, meist handelt es sich um blaues Licht, kompen- siert. Die Farbort-Stabilisierung wird also nicht durch eine destruktive temperaturabhängige Absorption, sondern ganz im Gegenteil durch eine konstruktive temperaturabhängige Konver¬ sion erzielt. Deshalb sollten sich deutliche Effizienz- Vorteile ergeben. Da es sich erfindungsgemäß um ein passives optisches Element handelt, ist diese Lösung im Vergleich zu einer aktiven elektronischen Regelung deutlich günstiger.
Außerdem können durch die Streuwirkung des temperaturabhängi- gen Konversionselements die Abstrahlungseigenschaften des
Lichtsystems verbessert werden, wie z.B. eine homogenere In¬ tensitätsverteilung als Funktion des Abstrahlungswinkels bzw. eine homogenere Verteilung der Farbeigenschaften als Funktion des Abstrahlungswinkels.
Als Leuchtstoffe, die zur Anwendung im zweiten Mittel geeig¬ net sind, werden insbesondere Granate, Orthosilikate, Chloro- silikate, Nitridosilikate und deren Derivate vorgeschlagen wie insbesondere:
(Ca, Sr) 8Mg (Si04) 4C12 :Eu2+
(Sr,Ba, Lu) 2Si (0,N) 4 :Eu2+
( Sr, Ba, Ln) 2Si (0, ) 4 : Eu2+ mit Ln ausgewählt aus den Lanthanoi- den mit der Möglichkeit, für Ln auch mehr als ein Lanthanoid zu verwenden
(Sr, Ba) Si2N202 :Eu2+
(Y, Gd, b, Lu) 3 (AI, Ga) 5012 :Ce3+
(Ca, Sr,Ba) 2Si04 :Eu2+
(Sr, Ba, Ca, Mg) 2Si5N8 :Eu2+
(Sr, Ca) AlSiN3 :Eu2+
(Sr, Ca) S :Eu2+
(Sr,Ba, Ca) 2 (Si, AI) 5 (N, 0) 8 :Eu2+
(Sr,Ba, Ca) 2Si5N8 :Eu2+
(Sr, Ba, Ca) 3Si05 :Eu2+
-SiA10N:Eu2+
Ca (5-δ) AI (4-2δ) Si (8+2δ) 180:Eu2+
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:
1. Lichtsystem basierend auf mindestens einer ersten und ei¬ ner zweiten Gruppen von Festkörper-Lichtquellen, wobei ein erstes Mittel zur zumindest teilweisen Konversion der Strahlung zumindest einer ersten Gruppe, dieser Gruppe oder jedem Vertreter dieser Gruppe oder zumindest einem Teil dieser ersten Gruppe vorgelagert ist, wobei das erste Mittel eine einen Leuchtstoff enthaltende Schicht als Kon¬ versionsmittel aufweist, die mindestens einen Teil der primären Strahlung der ersten Gruppe in sekundäre Strahlung mit längerer Wellenlänge konvertiert, wobei die zwei¬ te Gruppe Strahlung größerer Wellenlänge als die der ers¬ ten Gruppe emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Mittel zur zumindest teilweisen Konversion der primären Strahlung der ersten Gruppe vorhanden ist, das zumindest einem Teil der ersten Gruppe vorgelagert ist, wobei dieses Mittel eine Temperaturabhängigkeit der Kon¬ version zeigt, die auf einer unterschiedlichen Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex eines Leuchtstoff und ei¬ ner den Leuchtstoff einbettenden Matrix beruht, wobei Leuchtstoff und Matrix so gewählt sind, dass bei Raumtem¬ peratur der Unterschied im Brechungsindex klein ist und bei Betriebstemperatur der Unterschied im Brechungsindex mindestens 1,5-fach so groß ist wie bei Raumtemperatur. Klein heißt, daß der Unterschied höchstens 5% ist, insbe¬ sondere höchstens 2%. Insbesondere hat sich ein Wert von 3% bewährt. Raumtemperatur bedeutet eine Temperatur von höchstens 20 °C, Betriebstemperatur bedeutet eine Tempera¬ tur von mindestens 100 °C. Gruppe bedeutet mindestens ein Element, insbesondere auch eine Vielzahl. Festkörper- Lichtquelle bedeutet einen Chip, LED, Laserdiode, Modul mit derartigem Halbleiterbauteil o.ä.
Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Matrix des zweiten Mittels vom Typ Sili¬ kon ist, dessen Brechungsindex mit steigender Temperatur sinkt . Lichtsystem nach Vorschlag 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels ein Leuchtstoff mit einer Peakemission im Bereich 580 bis 660 nm ist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Matrix des zweiten Mittels vom Typ Sili¬ kon ist, dessen Brechungsindex bei Raumtemperatur einen Wert von n = 1,39 bis 1,55 aufweist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels bei Raumtemperatur dem der Matrix ähnlich ist, und sich von diesem höchstens um 3% unterscheidet. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe primär blau emittiert, mit insbesondere einer Peakemission im Bereich 430 bis 470 nm. Lichtsystem nach Vorschlag 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels eine Peakemission im roten Spektralbereich bei 580 bis 660 nm aufweist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe primär UV emittiert, mit insbesondere ei¬ ner Peakemission im Bereich 330 bis 400 nm. Lichtsystem nach Vorschlag 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels eine Peakemission im blauen Spektralbereich bei 430 bis 470 nm aufweist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leuchtstoff des zweiten Mittels ausgewählt ist aus der Gruppe K2SiF6:Mn, CaF2:Eu, SrF2:Eu, allein oder in Kombination . Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel außerdem Streumaterialen mit geeig¬ netem Brechungsindex aufweist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel einen Leuchtstoff aufweist, der die primäre Strahlung der ersten Gruppe teilweise in sekundäre Strahlung mit einer Peakwellenlänge im Bereich 480 bis 580 nm konvertiert. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel auch der zweiten Gruppe oder einem Teil davon vorgeschaltet ist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung beider Gruppen zu weiß mischt, insbe¬ sondere mit einer Farbtemperatur im Bereich 2300 bis 8000 K. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel einen weiteren konvertierenden Leuchtstoff aufweist, dessen Streuverhalten dadurch gering gehalten ist, dass der mittlere Durchmesser der Leuchtstoff-Partikel d50 entweder mindestens 10 ym oder höchs¬ tens 200 nm beträgt. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels einen mittleren Durchmesser der Leuchtstoffpartikel im Bereich d50 =0,8 bis 20 ym , bevorzugt bis 8 ym, aufweist. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das zweite Mittel beabstandet von der ers¬ ten Gruppe auf einer Kuppel angebracht ist. 18. Lichtsystem nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe primär rot emittiert, mit insbeson¬ dere einer Peakemission im Bereich 580 bis 660 nm. Dabei handelt es sich bevorzugt um LEDs vom Typ InGaAlP.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Lichtsystem gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 ein zweites Lichtsystem gemäß dem Stand der Technik;
Figur 3 bis 12 verschiedene Ausführungsbeispiele für ein neuartiges Lichtsystem.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt den Aufbau eines Lichtsystems 1 für weißes Licht auf RGB-Basis wie an sich bekannt, siehe dazu bei¬ spielsweise US-B 7 213 940. Die Lichtquelle weist als Halb¬ leiterbauelement eine erste Gruppe oder wenigstens eine blaue LED 2 des Typs InGaN mit einer Peakemissionswellenlänge von beispielsweise 450 nm. Das Array enthält weiter als zweite Gruppe oder auch mindestens eine rot emittierenden LED 3. Als ein erstes Konversionsmittel ist der ersten Gruppe, hier der ersten LED 2, chipnah ein gelb oder grün emittierender erster Leuchtstoff 4, wie z.B. YAG:Ce (gelb) oder auch grünes SiA-
10N, vorgeschaltet. Das System mischt zu weiß (6), beispiels¬ weise mit einer Farbtemperatur von 2600 K.
Optional ist dem ganzen Modul eine Streuscheibe 5 vorgeschal¬ tet, zur besseren Homogenisierung.
Figur 2 zeigt eine andere Anordnung eines vorbekannten Licht¬ systems 1, wieder mit erster (2) und zweiter (3) LED wie in Figur 1. Dabei ist das erste Mittel zur Konversion beabstan- det von der ersten Gruppe auf einer Kuppel 8 angeordnet, es handelt sich um ein sog. Remote-Phosphor-Konzept. Die Kuppel kann außerdem Streumaterial enthaltne.
Figur 3 zeigt im Detail ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, und zwar im Zustand bei niedriger Temperatur, insbesondere Raumtemperatur. Dabei ist die Wirkungsweise der ersten Gruppe von LEDs erläutert, die zweite Gruppe ist hier nicht gezeigt, sie ist ähnlich wie in Figur 1 oder 2.
Ein Vertreter der ersten Gruppe weist hier eine blau (b) emittierende LED 2 auf. Als erstes Mittel zur Konversion ist ihr direkt eine Schicht 14 aus teilweise konvertierendem Leuchtstoff, ähnlich dem in Figur 1 oder 2 erwähnten ersten Leuchtstoff, aufgebracht. Die konvertierte Strahlung ist mit g bezeichnet. Zusätzlich ist dem ersten Mittel als zweites Mittel eine wei¬ tere zweite Schicht 10 vorgeschaltet, hier ist sie direkt auf das erste Mittel aufgebracht. Die zweite Schicht 10 weist mindestens zwei Komponenten auf, und zwar eine Matrix aus Si¬ likon 11 und einen Leuchtstoff 12 mit stark temperaturabhän- gigen Brechungsindex, stark schematisiert dargestellt. Der
Leuchtstoff ist insbesondere K2SiF6:Mn. Dieser hat einen Bre¬ chungsindex bei Raumtemperatur von etwa 1,4 und ist damit für ein Zusammenwirken mit Silikon besonders gut geeignet.
Bei niedriger Temperatur von typisch 20 °C ist der Unter- schied im Brechungsindex zwischen Matrix 11 und zweitem temperaturabhängigen Leuchtstoff 12 relativ klein, beispielsweise unter 5%, konkret hier etwa 3%. Deshalb ist die Streuung und damit die optische Weglänge des Lichts sehr gering. Damit ist auch die Rate der Konversion der blauen Primärstrahlung in rote Sekundärstrahlung so gering, dass sie technisch keine wesentliche Rolle spielt. Figur 4 zeigt die Verhältnisse des ersten Ausführungsbei¬ spiels bei hoher Temperatur, typisch sind dies 80 bis 180 °C im Betriebszustand. Bei dieser Temperatur ist die Differenz im Brechungsindex zwischen zweitem Leuchtstoff 12 und einbet- tender Matrix 11 deutlich höher, z.B. dreimal so hoch wie bei Raumtemperatur. Infolgedessen wird in nennenswertem Maße blaues Licht der LEDs der ersten Gruppe in rotes Licht (r) konvertiert. Dadurch wird die Farbortverschiebung gegenüber der Anfangsphase gleich nach dem Start, wie bei Figur 3 ge- schildert, zumindest teilweise wieder kompensiert.
Figur 5 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, wobei die erste Gruppe aus zwei LEDs 2 besteht, von denen je¬ dem ein eigenes zweites Mittel 16 vorgeschaltet ist.
Figur 6a zeigt eine Ausführungsform, bei der einer Gruppe von zwei blauen LEDs 2 (erste Gruppe) ein übergreifendes Plätt¬ chen 17 mit dem zweiten Mittel vorgeschaltet ist. Jede erste LED 2 weist chipnah das konvertierende erste Mittel 4 auf.
Figur 6b zeigt eine Ausführungsform, bei der das zweite Mit¬ tel kein separates Plättchen, sondern ein Verguss 18 ist, der nicht nur jeweils vor den blauen LEDs 2 im Strahlengang sitzt, sondern auch seitlich zwischen den beiden LEDs 2.
Figur 7a zeigt ein Ausführungsbeispiel analog Figur 6a, bei dem sich das zweite Mittel als Plättchen 20 nicht nur über die erste Gruppe, hier repräsentiert durch zwei blaue LEDs 2, sondern auch über die zweite Gruppe, repräsentiert durch eine rot emittierende LED 3, erstreckt. Alternativ kann sich gemäß Figur 7b das zweite Mittel wieder als Verguss 21 auch auf die Zwischenräume zwischen den Halbleiterelementen 2, 2, 3 erstrecken . Figur 8 zeigt ein Modul, bei dem die erste und zweite Gruppe von LEDs 2 ,2, 3 gemeinsam auf einem Substrat 25 sitzt. Die erste Gruppe weist chipnahe Konversionsmittel 4 als erste Mittel auf, zur Konversion in gelb/grün. Das temperaturabhängige zweite Mittel 22 ist in einer alle Lichtquellen überspannenden Kuppel eingebracht oder auf dieser aufgebracht.
Figur 9 zeigt als Lichtsystem einen weiß emittierenden LED- Modul, bei dem das zweite Mittel 30 chipnah direkt auf die LEDs 2 der ersten Gruppe von Lichtquellen aufgebracht ist. Erste (2) und zweite (3) Gruppe sind gemeinsam auf ein Sub¬ strat 25 aufgetragen. Eine Kuppel 8 überspannt beide Gruppen gemeinsam, wobei diese Kuppel das erste Konversionsmittel 31 aufweist. Diese Anordnung eignet sich besonders gut zur Kom¬ pensation, da das erste Mittel 31 keiner allzugroßen Temperaturbelastung ausgesetzt ist, also auch eine gewisse Tempera¬ turempfindlichkeit des Brechungsindex des ersten Leuchtstoffs in Kauf genommen werden kann. Umgekehrt ist der temperatur- empfindliche zweite Leuchtstoff im zweiten Mittel 30 einer maximalen Differenz an Temperatur ausgesetzt und kann so seine regulierende Funktion voll entfalten.
Figur 10a zeigt ein Lichtsystem, das ähnlich wie in Figur 9 aufgebaut sind, jedoch erstreckt sich hier das temperaturab- hängige Konverterelement als Plättchen 20 über beide erste LEDs 2.
Figur 10b zeigt ein ähnliches Lichtsystem, wobei sich das temperaturabhängige Konverterelement als Verguss 21 auch zwi¬ schen die beiden blauen LEDs 2 erstreckt. Figur IIa zeigt ein ähnliches Lichtsystem, wobei jedoch das Plättchen 20 mit dem zweiten Mittel sich auch über die LED 3 der zweiten Gruppe erstreckt.
Figur IIb zeigt ein ähnliches Lichtsystem, wobei sich das temperaturabhängige Konverterelement 21 auch zwischen die blauen (2) und roten (3) LEDs erstreckt
Figur 12a zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls, das ähnlich wie in Figur 8 beschrieben auf- gebaut ist. Im Unterschied dazu sind blaue (2) und rote (3) LEDs jeweils ohne Leuchtstoff auf dem Substrat 25 montiert. Über sie spannt sich eine erste Kuppel 88, die das zweite Mittel 89, also das temperaturabhängige Konverterelement, enthält. Außerhalb der ersten Kuppel spannt sich eine zweite Kuppel 90, die das erste Mittel 91, also den temperaturunab¬ hängigen Leuchtstoff, der gelb oder grün emittiert, enthält. Die ersten und zweiten Mittel können in ihrer Reihenfolge vertauscht sein. Figur 12b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das Figur 12a ähnlich ist, jedoch ist das erste und zweite Mittel je¬ weils nur über einem Teil der LEDs, nämlich über die LEDs 2 der ersten Gruppe, platziert.

Claims
Lichtsystem basierend auf mindestens einer ersten und ei¬ ner zweiten Gruppen von Festkörper-Lichtquellen, wobei ein erstes Mittel zur zumindest teilweisen Konversion der Strahlung zumindest einer ersten Gruppe, dieser Gruppe oder jedem Vertreter dieser Gruppe oder zumindest einem Teil dieser ersten Gruppe vorgelagert ist, wobei das erste Mittel eine einen Leuchtstoff enthaltende Schicht als Kon¬ versionsmittel aufweist, die mindestens einen Teil der primären Strahlung der ersten Gruppe in sekundäre Strahlung mit längerer Wellenlänge konvertiert, wobei die zwei¬ te Gruppe Strahlung größerer Wellenlänge als die der ers¬ ten Gruppe emittiert, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Mittel zur zumindest teilweisen Konversion der primären Strahlung der ersten Gruppe vorhanden ist, das zumindest einem Teil der ersten Gruppe vorgelagert ist, wobei dieses Mittel eine Temperaturabhängigkeit der Kon¬ version zeigt, die auf einer unterschiedlichen Temperaturabhängigkeit des Brechungsindex eines Leuchtstoff und ei¬ ner den Leuchtstoff einbettenden Matrix beruht, wobei Leuchtstoff und Matrix so gewählt sind, dass bei Raumtem¬ peratur der Unterschied im Brechungsindex klein ist und bei Betriebstemperatur der Unterschied im Brechungsindex mindestens 1,5-fach so groß ist wie bei Raumtemperatur.
Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Matrix des zweiten Mittels vom Typ Sili¬ kon ist, dessen Brechungsindex mit steigender Temperatur sinkt . Lichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels ein Leuchtstoff mit einer Peakemission im Bereich 580 bis 660 nm ist.
4. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Matrix des zweiten Mittels vom Typ Sili¬ kon ist, dessen Brechungsindex bei Raumtemperatur einen Wert von n = 1,39 bis 1,55 aufweist.
5. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels bei Raumtemperatur dem der Matrix ähnlich ist, und sich von diesem höchstens um 3% unterscheidet.
6. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe primär blau emittiert, mit insbesondere einer Peakemission im Bereich 430 bis 470 nm.
7. Lichtsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels eine Peakemission im roten Spektralbereich bei 580 bis 660 nm aufweist.
8. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe primär UV emittiert, mit insbesondere ei¬ ner Peakemission im Bereich 330 bis 400 nm.
9. Lichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels eine Peakemission im blauen Spektralbereich bei 430 bis 470 nm aufweist.
10. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leuchtstoff des zweiten Mittels ausgewählt ist aus der Gruppe K2SiF6:Mn, CaF2:Eu, SrF2:Eu, allein oder in Kombination .
11. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel außerdem Streumaterialen mit geeig¬ netem Brechungsindex aufweist.
12. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel einen Leuchtstoff aufweist, der die primäre Strahlung der ersten Gruppe teilweise in sekundäre Strahlung mit einer Peakwellenlänge im Bereich 480 bis 580 nm konvertiert.
13. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel auch der zweiten Gruppe oder einem Teil davon vorgeschaltet ist.
14. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung beider Gruppen zu weiß mischt, insbe¬ sondere mit einer Farbtemperatur im Bereich 2300 bis 8000 K.
15. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel einen weiteren konvertierenden Leuchtstoff aufweist, dessen Streuverhalten dadurch gering gehalten ist, dass der mittlere Durchmesser der Leuchtstoff-Partikel d50 entweder mindestens 10 ym oder höchs¬ tens 200 nm beträgt.
16. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtstoff des zweiten Mittels einen mittleren Durchmesser der Leuchtstoffpartikel im Bereich d50 =0,8 bis 20 ym , bevorzugt bis 8 ym, aufweist.
17. Lichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das zweite Mittel beabstandet von der ers¬ ten Gruppe auf einer Kuppel angebracht ist.
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