WO2012136849A1 - Color conversion element and lamp - Google Patents

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WO2012136849A1
WO2012136849A1 PCT/EP2012/056463 EP2012056463W WO2012136849A1 WO 2012136849 A1 WO2012136849 A1 WO 2012136849A1 EP 2012056463 W EP2012056463 W EP 2012056463W WO 2012136849 A1 WO2012136849 A1 WO 2012136849A1
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WO
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color conversion
conversion element
light
lamp
led
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/056463
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German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Schrank
Stefan Tasch
Original Assignee
Lumitech Produktion Und Entwicklung Gmbh
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Publication date
Application filed by Lumitech Produktion Und Entwicklung Gmbh filed Critical Lumitech Produktion Und Entwicklung Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements
    • H01L33/505Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors

Definitions

  • the present invention relates to a color conversion element, a lamp and a method for producing a color conversion element. More particularly, the invention relates to a color conversion element to be mounted over an LED and a lamp having a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • a by now typical light source is the light emitting diode (also luminescence diode), which is referred to herein for short as LED. It is a semiconductor electronic device in which light is emitted when current flows in the forward direction of the semiconductor. The wavelength of the light depends essentially on the semiconductor material and the selected doping.
  • white light is understood as meaning a mixture of light beams of different wavelengths, whereby light components from both the red, the green, and the blue spectrum are included.
  • a classical method is the additive mixture of the three basic colors red, green and blue. At least three LEDs are needed to produce such light.
  • an LED is used which emits ultraviolet radiation. The ultraviolet radiation is transformed into the visible spectrum with the help of phosphors in the colors blue, green and red.
  • the complete conversion of the UV radiation into visible light succeeds only with relatively large losses, so that such a light regularly has the disadvantage of a low efficiency.
  • Another method of producing white light is made using LEDs emitting in the blue spectral range. The LEDs are surrounded by color conversion phosphors, which convert the blue light proportionately into red and / or green light. This transfer takes place with substances that are excited by blue light, and include in their emission spectrum non-blue visible light. Color conversion in the sense used herein should therefore not be confused with the effect of absorption in which light rays of certain wavelengths are merely filtered out.
  • Fig. 1 shows a known from the prior art chip, in which on the circuit board 12, for example. Via a conductive adhesive 16, the LED 17 is applied, electrically via the pads 13 and 15 and the bonding wire 14 (respectively only numbered on the left side) is connected to the circuit board.
  • This arrangement is embedded in a potting compound 10 with dispersed color conversion phosphors.
  • the color conversion phosphors cause the partial conversion of the blue light into red and green light.
  • a color conversion element for use in an LED lamp comprising a carrier material having a first refractive index and a color conversion illuminant, wherein the color conversion element has substantially the shape of a hollow cylinder or hollow polyhedron.
  • the light-generating unit the LED
  • the LED is not embedded in a material that comprises color conversion illuminants.
  • a hollow cylinder or hollow polyhedron is placed over it.
  • color conversion and scattering in one element and at a certain distance from the LED can be performed much more effectively. It is achieved an improved light mixture.
  • the proportion of scattering agent can reduce the layer thicknesses in the element as well as the concentration of color conversion phosphors. This leads to a not insignificant reduction of costs, essentially achieved by the saving of the sometimes very expensive color conversion phosphors.
  • a color conversion element typically consists of a carrier material that is regularly transparent. Typical substances are acrylates, polycarbonates, silicones or epoxides. Furthermore, the color conversion element comprises a color conversion phosphor.
  • the term "color conversion luminescent substance” or “color conversion luminescent material” refers to a substance which completely or partially absorbs the light emitted by the LED (so-called “primary light”) and emits the supplied energy as light of a different wavelength.
  • the color conversion element contains at least one color conversion material. Typically, it contains a mixture of at least two color conversion materials.
  • the conversion materials which can be used include, in particular, silicates (for example BOSE), aluminates, nitrides and / or garnet phosphors such as, for example, yttrium aluminum garnet (YAG), terbium aluminum garnet, and lutetium aluminum garnet (LuAG).
  • silicates for example BOSE
  • aluminates nitrides and / or garnet phosphors
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • terbium aluminum garnet terbium aluminum garnet
  • LuAG lutetium aluminum garnet
  • the color conversion element comprises light-scattering additives.
  • the light-scattering additives can be designed to break the light.
  • additives are possible, which are based primarily on the effect of total reflection, with the total reflection is only a scattering, but no refraction of the light rays.
  • To be there- Bringing of light-diffusing additives allows a high efficiency of color conversion and a uniform illumination by the LED.
  • the light-diffusing elements comprise one or more of the following materials: silica, barium sulfate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, zinc oxide, barium titanate, and / or alumina. Preference is given to spherical silica having an average particle size of at least 0.5 ⁇ m.
  • an LED lamp having an LED chip and a color conversion element described herein, wherein the color conversion element is disposed over the LED chip.
  • An LED lamp is e.g. a set up for replacement bulbs, which can be inserted into the socket or on the holder of a lamp. This is done, for example, by simple insertion, by combined insertion and rotation, or by turning.
  • the term "luminaire” includes the socket or fixture for the lamp or bulb, and is understood to mean that the LED bulb or lamp may or may not be mounted therein or more typically
  • a luminaire has regular cables or connecting contacts for connection to the electrical network, and the luminaire also regularly contains attached electronics, for example for controlling the luminaire or for converting the mains voltage into the required voltage.
  • the LED lamp typically includes a socket portion intended to be received in the socket of a luminaire, the semiconductor required for light generation, and possibly further elements such as a mirror coating attached to the semiconductor, the so-called reflector, and / or at least one protective glass.
  • An LED chip is understood herein to be a semiconductor chip that is designed to function as a light-emitting diode. According to various embodiments, an LED chip emitting in the blue spectral range is provided (“blue LED chip”), but it is also possible for the color conversion element to have both a blue and a blue color. LED chip, or surrounds both a blue, as well as a red and green LED chip. According to other embodiments, the LED chip is an ultraviolet emitting chip.
  • a color conversion element typically a color conversion molded body
  • the lateral distance to the one or more LEDs is typically between 0.5 and 5 mm, in particular between 1 and 3 mm.
  • the shape of the body is essentially a hollow cylinder or a hollow polyhedron, in particular a hollow cube.
  • Typical dimensions of the color conversion selements are, for example in the case of the hollow cylinder, a height that corresponds to half to double the diameter (in the case of a round LED) or half to double the side length (in the case of a square LED) of the radiating LED's.
  • the arrangement of a plurality of LEDs can also be made rather round with a larger number of LEDs.
  • the three-dimensional shape of the hollow cylinder also results in a correspondingly large surface, which contributes to the cooling of the color conversion element and thus of the color conversion material.
  • shaped bodies in particular shaped spheres, are used as light-scattering elements.
  • the moldings in particular moldballs, are typically of a transparent, preferably inorganic material, and may for example consist of undoped yttrium-aluminum garnet, glass or amorphous silicon dioxide (silica). Preference is given to spherical silica with particle sizes of at least 0.5 ⁇ m.
  • the color conversion luminescent material and / or the light-scattering additives are distributed in the carrier material of the color conversion element, wherein the distribution is preferably made homogeneous.
  • the color conversion element is typically disposed over the LED chip.
  • the part passing through the color conversion element and partly in the color conversion element comprises converted radiation fractions from the red (herein understood as between 580 and 800 nm), the green (herein understood as between 500 and 580 nm), and the blue spectral region (herein understood as between 400 and 500 nm).
  • the use of moldings leads to low-loss scattering elements which scatter and reflect the light emitted by the LED within the color conversion element.
  • the average optical path length of light beams within the color conversion element can be increased.
  • the density of color conversion phosphors in the support material can be reduced to a corresponding extent, yet the emitted light rays have undergone the desired partial conversion.
  • the amount of color conversion phosphors could be reduced by about 10%. Since the color conversion phosphors are a significant cost driver in the production of the desired, usually white light, therefore, the material costs in the production of color conversion elements can be substantially reduced.
  • the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity in the color conversion element can be increased.
  • An increase in the thermal conductivity is achieved by the introduction of inorganic moldings, which are also typically transparent. This admixture makes it possible to keep the temperature within the color conversion element more constant. The heat transport to the surface is also improved, local hotspots are effectively avoided. In this way, the coefficient of thermal expansion of the molded part is lowered, which in turn can reduce mechanical stresses in temperature fluctuations.
  • the shaped bodies are typically chosen such that the refractive index of the shaped body material is different from the refractive index of the surrounding material of the color conversion element.
  • the refractive index of the shaped body material is less than the refractive index of the surrounding material of the carrier material.
  • the refractive index of the material used in the moldings is less than 1.5, while the support material of the color conversion element has a refractive index of 1.5 or more.
  • the effect of total reflection occurs at the interface of two transparent media when light comes from an optically denser medium with a refractive index nl, and falls on the interface to an optically thinner medium with refractive index n2. From a certain limit angle, which can be determined via Snell's law of refraction, the light at the interface is not refracted, but completely reflected. In total reflection, the energy, the amplitude and the wavelength of the light beam remain unchanged.
  • the size of the shaped body is typically between 0.5 and 50 ⁇ , preferably between 2 and 20 ⁇ , said dimensions in the case of non-spherical rectangular shaped body on the longest side dimensions, in the case of elliptical shaped body on the large axis, and in the case of spherical shaped bodies on the diameter.
  • the volume fraction of moldings within the color conversion element is up to 35%, typically up to 20%, but at least 5%.
  • the LED illuminant is a blue light emitting diode.
  • the combination of at least one blue LED with the described color conversion elements allows a high color accuracy without binding, outstanding color rendering values and a high degree of design space of the desired emission spectrum.
  • different colored LEDs can be arranged, which, for example.
  • white light can be mixed.
  • the use of the shaped spheres as light-scattering additives in principle allows an advantageous application of the mixture of blue LEDs with red LEDs.
  • the low proportion of color conversion phosphors required by the use of the shaped bodies also leads to a reduced absorption for the red wavelength range, which improves the overall efficiency of the luminaire.
  • its surface can be structured, as in the simplest case by roughening.
  • the color conversion element may have a structured surface, in particular with microprisms or with a roughening.
  • a structured surface is understood in particular to mean that the surface of the color conversion element is provided with recesses and / or protrusions, which typically have dimensions in the microscopic range (ie smaller than 5 ⁇ m), additionally or alternatively may also have non-microscopic (ie greater than 5 ⁇ ) dimensions in the range less than 1/10 - 1/5 mm.
  • the structures can be regular or irregular.
  • the surface can z. B. be increased by the use of micro-prisms mounted on the surface by a multiple. Thus, a much improved transport of the heat to the ambient air can be ensured, whereby the operating temperature of the color conversion element can be additionally lowered.
  • a structuring of the surface does not impair the emission characteristic.
  • a lamp illustrated herein are particularly suitable for being combined with a reflector so as to produce a homogeneous white-illuminated radiation. Alternatively, this can also be realized with lenses.
  • an emission in the pole of the reflector can be achieved, whereby the color homogeneity on the solid angle of the radiation can be further improved.
  • the color conversion element regularly has a non-white, typically yellowish, body color.
  • a coating applied to the color conversion element for example in white.
  • the white appearance of the color conversion element is regularly preferred by consumers.
  • the coating may be designed so that the efficiency of the color conversion element remains virtually unimpaired, ie, that the white layer makes little absorption (ie, ⁇ 10%) of the light passing through it.
  • Typical layer thicknesses are in the range of less than 500 ⁇ , more preferably less than 100 ⁇ .
  • the efficiency (understood as emitted light power in the visible spectrum in relation to the radiation power of the blue LED used, in particular without correction of the Stoke shift) of the embodiments described, without additional white coating, in comparison to prior art solutions to 5% to 10% increased.
  • the surface used for heat dissipation is also in a favorable ratio compared to the material volume of the color conversion element.
  • the known in the prior art spherical color conversion elements may have advantages in the lighter production, but they have a more unfavorable heat dissipation surface to volume ratio. The reduced heat generation and better heat dissipation reduces the operating temperature compared to a prior art design, and therefore can lead to increased life.
  • a retrofit LED lamp as understood herein, has a shape identical to or similar to a glass bulb of a light bulb, as known in the art and used in homes for decades.
  • the embodiment with an additional white coating can be used favorably for the production of such lamps, because the usual white appearance of consumers is preferred.
  • the otherwise often chosen solution of a diffuser in the shape of the lamp envelope over the color conversion element is improved both in terms of complexity and in terms of efficiency.
  • Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an LED chip known from the prior art.
  • FIGS 2-8 are schematic longitudinal sections through color conversion elements according to embodiments of the present invention.
  • FIGS 9 and 10 are schematic longitudinal sections through LED lamps according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 shows schematically a longitudinal section through an embodiment of a color conversion element, in which the color conversion element 20 has the shape of a hollow cylinder which is designed with a lateral wall 21 and an upper part 22.
  • the color conversion element typically consists of a transparent carrier material and incorporated color conversion luminescent material.
  • the color conversion phosphor is normally homogeneously distributed in the carrier material, and was not separately quantified in the figures.
  • FIG. 3 shows schematically an embodiment of a color conversion element in which the color conversion element 20 has a substantially cylindrical shape.
  • the color conversion element 20 has a substantially cylindrical shape.
  • a hollow cylinder or hollow polyhedron described herein regularly has a flat upper portion 38 which allows direct radiation into the room to be illuminated.
  • the flat upper portion is arranged centrally in the lamp, provided that a reflector is present, also mostly in the center of the reflector.
  • the color conversion element may be at least partially mirrored.
  • a reflective coating can be provided in particular in the flat upper area. The mirroring improves the color homogeneity over the solid angle of the radiation.
  • the hollow cylinder-like shape has side walls 21, which typically have a maximum deviation of 20 ° compared to the pure circular cylinder.
  • Hollow cylinder-like shapes typically have a circular base area with a radius r.
  • the ratio of the surface area to the volume of the cylinder-like shape is always greater than 3 / 2r, more preferably 5 / 3r, according to one aspect of the invention.
  • the ratio of the inner diameter of the hollow cylinder to the height of the hollow cylinder is approximately 1: 1.
  • the color conversion element can also be present in a polyhedral shape, in particular a cube shape.
  • the longitudinal sections shown herein apply accordingly to the longitudinal sections of a polyhedron or a polyhedron-like shape.
  • the term "substantially polyhedron-shaped" is intended in particular to include deviations at the polyhedron corners in comparison to the mathematically defined polyhedron (see, for example, FIG. 3).
  • FIG. 4 shows schematically an embodiment of a color conversion element in which the color conversion element 20 is provided with shaped bodies 40.
  • the shaped bodies are typically shaped spheres having a lower refractive index than the refractive index of the carrier material 45.
  • FIG. 5 schematically shows an embodiment of a color conversion element in which the outside of the color conversion element 20 is provided with structurings 30 pointing outwards (for example microprisms).
  • the structuring can, in general and not only in this embodiment, in the longitudinal section in the form of polygons, in particular triangles have. In three-dimensional view, the structurings may be pyramidal in particular.
  • FIG. 6 shows schematically an embodiment of a color conversion element, in which the color conversion element 20 is provided both with moldings 40 and also has a structured surface 30.
  • FIG. 7 schematically shows an embodiment of a color conversion element, in which the color conversion element 20 essentially has the form of the hollow cylinder or hollow polyhedra already schematized in FIG. 3, and is additionally provided with shaped bodies 40. According to embodiments not shown, the embodiment shown in FIG. 7 has a structured surface. Visible is also in turn the flat upper portion 38.
  • FIG. 8 illustrates, on the basis of the shown example of the hollow cylinder or polyhedron, the possibility existing in all embodiments of providing the outer surface of the color conversion element with a coating 90.
  • the coating can be used be white and thus be perceived by consumers as more beautiful than, for example, a yellow color due to the introduced color conversion phosphors.
  • the embodiments which have a structuring may also be provided with a coating.
  • FIG. 9 shows a schematic longitudinal section through an exemplary LED lamp 100.
  • the color conversion element 20, which may correspond to a color conversion element discussed herein, is mounted over the LED chip 75. Furthermore, the optional embedding of the LED chip 75 in a nearly spherical potting compound 72 is shown, which essentially serves to protect the semiconductor and its connection wires.
  • the schematically illustrated reflector 70 surrounds the color conversion element 20, and serves to deflect laterally emitted light upward (in the illustration shown).
  • the reflector is regularly higher than the color conversion element.
  • the maximum height of the color conversion element corresponds approximately to the height of the reflector. In preferred embodiments, the height of the color conversion element is less than 50% of the height of the reflector.
  • the outer dimensions of the color conversion element are co-determined by the shape of the reflector.
  • the wall thickness of the color conversion element is a function of the color conversion luminescent material used, the content of the luminescent material, the nature of the light-scattering additives, the amount of light-scattering additives, and the desired degree of conversion (i.e., which portions of the primary radiation are to be re-emitted). Typical wall thicknesses are between 1.0 and 3.0 mm.
  • the embodiments of the present invention illustrated by FIG. 10 differ from the embodiments illustrated in FIG. 9 in that the color conversion element is provided with shaped bodies, in the present case shaped spheres.
  • the radiated spectrum does not include (ie, below 0.2%) ultraviolet radiation.
  • the proportion radiated in the infrared spectral range is very low, typically less than 0.5% based on the total emitted energy.

Abstract

The invention relates to a color conversion element (20) for use in an LED bulb or LED lamp, comprising a substrate material having a first index of refraction, a color conversion lighting means, and a plurality of molded bodies (40), wherein the color conversion element has substantially the shape of a hollow cylinder or hollow polyhedron. The invention further relates to a bulb and a lamp that have such a color conversion element.

Description

Farbkonversionselement sowie Lampe  Color conversion element and lamp
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Farbkonversionselement, eine Lampe sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Farbkonversionselements. Die Erfindung betrifft insbesondere ein zur Positionierung über einer LED anzubringendes Farbkonversionselement sowie eine Lampe mit einer Licht emittierenden Diode (LED). The present invention relates to a color conversion element, a lamp and a method for producing a color conversion element. More particularly, the invention relates to a color conversion element to be mounted over an LED and a lamp having a light emitting diode (LED).
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Ein inzwischen typisches Leuchtmittel ist die Leuchtdiode (auch Lumineszenz-Diode), die hierin kurz als LED bezeichnet wird. Sie ist ein elektronisches Halbleiter-Bauelement, bei dem Licht emittiert wird, wenn Strom in die Durchlassrichtung des Halbleiters fließt. Die Wellenlänge des Lichtes hängt im Wesentlichen vom Halbleitermaterial und der gewählten Dotierung ab. A by now typical light source is the light emitting diode (also luminescence diode), which is referred to herein for short as LED. It is a semiconductor electronic device in which light is emitted when current flows in the forward direction of the semiconductor. The wavelength of the light depends essentially on the semiconductor material and the selected doping.
Für den Einsatz einer LED bestückten Lampe ist es regelmäßig wünschenswert, nicht nur ein einfarbiges, sondern vielmehr ein weißes Licht zu erhalten. Im Rahmen des vorliegenden Textes wird dabei unter„weißem Licht" eine Mischung aus Lichtstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge verstanden, wobei dabei Lichtanteile aus sowohl dem roten, dem grünen, und dem blauen Spektrum enthalten sind. For the use of an LED-equipped lamp, it is regularly desirable to obtain not only a monochrome, but rather a white light. In the context of the present text, "white light" is understood as meaning a mixture of light beams of different wavelengths, whereby light components from both the red, the green, and the blue spectrum are included.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit LEDs weißes Licht zu erzeugen. Eine klassische Methode stellt die additive Mischung der drei erwähnten Grundfarben rot, grün und blau dar. Zur Erzeugung eines solchen Lichts werden mindestens drei LEDs benötigt. Gemäß einer anderen Methode wird eine LED eingesetzt, die ultraviolette Strahlung emittiert. Die ultraviolette Strahlung wird mit Hilfe von Phosphoren in die Farben blau, grün und rot in das sichtbare Spektrum überführt. Allerdings gelingt die vollständige Umwandlung der UV-Strahlung in sichtbares Licht nur mit relativ großen Verlusten, so dass ein solches Licht regelmäßig den Nachteil einer geringen Effizienz aufweist. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von weißem Licht wird mit Hilfe von im blauen Spektralbereich emittierenden LEDs gemacht. Die LEDs werden umgeben von Farbkon- versionsleuchtstoffen, die das blaue Licht anteilig in rotes und/oder grünes Licht überführen. Diese Überführung findet mit Stoffen statt, die durch blaues Licht angeregt werden, und in ihrem Abstrahlspektrum nicht-blaues sichtbares Licht umfassen. Farbkonversion in dem hierin gebrauchten Sinn darf daher nicht mit dem Effekt der Absorption verwechselt werden, bei der Lichtstrahlen bestimmter Wellenlänge lediglich herausgefiltert werden. There are several ways to produce white light with LEDs. A classical method is the additive mixture of the three basic colors red, green and blue. At least three LEDs are needed to produce such light. According to another method, an LED is used which emits ultraviolet radiation. The ultraviolet radiation is transformed into the visible spectrum with the help of phosphors in the colors blue, green and red. However, the complete conversion of the UV radiation into visible light succeeds only with relatively large losses, so that such a light regularly has the disadvantage of a low efficiency. Another method of producing white light is made using LEDs emitting in the blue spectral range. The LEDs are surrounded by color conversion phosphors, which convert the blue light proportionately into red and / or green light. This transfer takes place with substances that are excited by blue light, and include in their emission spectrum non-blue visible light. Color conversion in the sense used herein should therefore not be confused with the effect of absorption in which light rays of certain wavelengths are merely filtered out.
Die Farbkonversionsleuchtstoffe sind zumeist entweder direkt auf dem LED-Chip oder dem Gehäuse, welcher den Chip umgibt aufgebracht. So zeigt bspw. Fig. 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten Chip, bei dem auf der Leiterplatte 12, bspw. über einen Leitkleber 16, die LED 17 aufgebracht ist, die elektrisch über die Pads 13 und 15 sowie dem Bonddraht 14 (jeweils nur auf der linken Seite beziffert) mit der Leiterplatte verbunden ist. Diese Anordnung befindet sich eingebettet in einer Vergussmasse 10 mit dispergierten Farbkonversionsleuchtstoffen. Die Farbkonversionsleuchtstoffe bewirken die teilweise Umwandlung des blauen Licht in rotes und grünes Licht. The color conversion phosphors are usually applied either directly on the LED chip or the housing surrounding the chip. Thus, for example, Fig. 1 shows a known from the prior art chip, in which on the circuit board 12, for example. Via a conductive adhesive 16, the LED 17 is applied, electrically via the pads 13 and 15 and the bonding wire 14 (respectively only numbered on the left side) is connected to the circuit board. This arrangement is embedded in a potting compound 10 with dispersed color conversion phosphors. The color conversion phosphors cause the partial conversion of the blue light into red and green light.
Diese Anordnung ist auf Grund der hohen benötigten Lichtmengen, oftmals limitierend für die Effizienz und die Lebensdauer der LEDs, speziell durch Phosphordegradation. Die systembedingte Wärmeentwicklung der Farbkonversionsleuchtstoffe auf Grund der Verlustleistung und Energiedifferenz zwischen der absorbierten kurzwelligen Strahlung und der emittierten langwelligen Strahlung geschieht in einem kleinen Volumenbereich direkt über dem Chip. Bedingt durch die schlechte Wärmeleitfähigkeit der verwendbaren Kunststoffe führt dies zu einem starken Temperaturanstieg in diesem Volumenbereich. This arrangement is often limited by the high levels of light required, often for the efficiency and lifetime of the LEDs, especially by phosphor degradation. The system-related heat development of the color conversion phosphors due to the power loss and energy difference between the absorbed short-wave radiation and the emitted long-wave radiation occurs in a small volume area directly above the chip. Due to the poor thermal conductivity of the usable plastics, this leads to a strong increase in temperature in this volume range.
Daher werden in Beleuchtungsanwendungen häufig sogenannte„Remote Phosphor Konfigurationen" gewählt, bei welchen der Farbkonversionsleuchtstoff in einer gewissen Entfernung von der LED angebracht ist. Eine günstige Entfernung ist, wenn das Farbkonver- sionselement nicht mehr vom LED Chip selbst erwärmt wird und die Strahlungsdichte nicht mehr zu lokalen Überhitzungen im Remote-Element führt. As a result, in lighting applications, so-called "remote phosphor configurations" are often adopted in which the color conversion phosphor is mounted some distance from the LED A favorable distance is when the color conversion element is no longer heated by the LED chip itself and the radiation density is no longer leads to local overheating in the remote element.
Im Wesentlichen sind dabei Systeme bekannt, bei welchen das Farbkonversionselement als Schicht ausgeformt ist, die auf einem transparenten Trägermaterial aufgebracht ist. Der wesentliche Nachteil dieser Anordnung ist, dass die beleuchtete Phosphorfläche relativ groß sein muss, um thermische Effekte zu vermeiden. Dadurch sind für die Abbildung große optische System notwendig, die oftmals nicht in der gewünschten Lampenanwendung unterzubringen sind. In essence, systems are known in which the color conversion element is formed as a layer, which is applied to a transparent substrate. Of the The main disadvantage of this arrangement is that the illuminated phosphor surface must be relatively large in order to avoid thermal effects. As a result, large optical systems are required for the image, which are often not to be accommodated in the desired lamp application.
Neben den bekannten Schichtenlösungen gibt es auch dreidimensionale Farbkonversions- elemente, die in geeignetem Abstand über der LED angebracht werden. Diese Farbkon- versionssysteme sind als hohle Halbkugel ausgeformt, wodurch sich wiederum eine emittierende Oberfläche ergibt, die optisch nur schwer abzubilden ist. Zudem genügt die Größe der Oberfläche in dem Farbkonversionselement regelmäßig nicht, die erzeugte Wärme effizient an die Umgebung abzugeben. In addition to the known layer solutions, there are also three-dimensional color conversion elements, which are attached at a suitable distance above the LED. These color conversion systems are formed as a hollow hemisphere, which in turn results in an emitting surface that is difficult to image optically. In addition, the size of the surface in the color conversion element does not usually suffice to efficiently discharge the generated heat to the environment.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Farbkonversionselement, eine Lampe, eine Leuchte sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Farbkonversionselements zur Verfügung zu stellen, die die dargestellten Probleme überwindet. It is therefore an object of the present invention to provide a color conversion element, a lamp, a lamp and a method for producing a color conversion element, which overcomes the problems presented.
Diese Aufgabe wird gelöst von einem Farbkonversionselement für den Einsatz in einer LED-Lampe, umfassend ein Trägermaterial mit einer ersten Brechzahl und ein Farbkonversionsleuchtmittel, wobei das Farbkonversionselement im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders oder Hohlpolyeders aufweist. This object is achieved by a color conversion element for use in an LED lamp, comprising a carrier material having a first refractive index and a color conversion illuminant, wherein the color conversion element has substantially the shape of a hollow cylinder or hollow polyhedron.
Erfindungsgemäß wird damit die Licht erzeugende Einheit, die LED, nicht in ein Material, das Farbkonversionsleuchtmittel umfasst, eingebettet. Stattdessen wird ein Hohlzylinder bzw. Hohlpolyeder über ihr platziert. Gemäß Ausführungsformen gibt es dabei keinen Kontakt zwischen LED und Hohlzylinder bzw. -polyeder, oder aber lediglich einen geringen (wobei gering in diesem Zusammenhang als weniger von 10% der gesamten Innenfläche des Hohlzylinders bzw. -polyeders verstanden wird). According to the invention, therefore, the light-generating unit, the LED, is not embedded in a material that comprises color conversion illuminants. Instead, a hollow cylinder or hollow polyhedron is placed over it. According to embodiments, there is no contact between the LED and the hollow cylinder or polyhedron, or only a small one (with little being understood in this context as less than 10% of the entire inner surface of the hollow cylinder or polyhedron).
Dies hat verschiedene Vorteile. Zum Einen kommt damit die Herstellung ohne den zusätzlichen und teils aufwändigen Prozessschritt der Einbettung aus. Das Drüberstülpen des Hohlzylinders bzw. -polyeders ist hingegen ein vorwiegend mechanischer Prozessschritt, der vergleichbar einfach durchzuführen ist. This has several advantages. On the one hand, this makes production without the additional and sometimes costly process step of embedding. The Drüberstülpen the Hollow cylinder or polyhedron, however, is a predominantly mechanical process step, which is comparably easy to perform.
Darüber hinaus kann die Farbkonversion und die Streuung in einem Element und in einem gewissen Abstand zu der LED deutlich effektiver durchgeführt werden. Es wird eine verbesserte Lichtmischung erreicht. Der Anteil an Streumittel kann die Schichtdicken im Element sowie die Konzentration der Farbkonversionsleuchtstoffe reduzieren. Dies führt zu einer nicht unbedeutenden Reduktion der Kosten, im Wesentlichen erzielt durch die Einsparung der teils sehr teuren Farbkonversionsleuchtstoffe. In addition, color conversion and scattering in one element and at a certain distance from the LED can be performed much more effectively. It is achieved an improved light mixture. The proportion of scattering agent can reduce the layer thicknesses in the element as well as the concentration of color conversion phosphors. This leads to a not insignificant reduction of costs, essentially achieved by the saving of the sometimes very expensive color conversion phosphors.
Ein Farbkonversionselement besteht typischer Weise aus einem Trägermaterial, das regelmäßig transparent ist. Typische Stoffe sind Acrylate, Polycarbonate, Silikone oder Epoxide. Des Weiteren umfasst das Farbkonversionselement einen Farbkonversions- leuchtstoff. Im Rahmen des vorliegenden Textes wird als „Farbkonversionsleuchtstoff" bzw.„Farbkonversionsleuchtmittel" einen Stoff bezeichnet, der das von der LED emittierte Licht (sog.„primäre Licht") ganz oder teilweise absorbiert und die zugeführte Energie als Licht einer anderen Wellenlänge emittiert. A color conversion element typically consists of a carrier material that is regularly transparent. Typical substances are acrylates, polycarbonates, silicones or epoxides. Furthermore, the color conversion element comprises a color conversion phosphor. In the context of the present text, the term "color conversion luminescent substance" or "color conversion luminescent material" refers to a substance which completely or partially absorbs the light emitted by the LED (so-called "primary light") and emits the supplied energy as light of a different wavelength.
Das Farbkonversionselement enthält mindestens ein Farbkonversionsmaterial. Typischer Weise enthält es eine Mischung aus mindestens zwei Farbkonversionsmaterialien. Zu den einsetzbaren Konversionsmaterialien gehören insbesondere Silikate (z.B. BOSE), Alumi- nate, Nitride und/oder Granatleuchtstoffe wie zum Beispiel Yttrium-Aluminium-Granat (YAG), Terbium-Aluminium-Granat, und Lutetium- Aluminium- Granat (LuAG). Günstig sind Farbkonversionsmaterialien mit hoher Temperaturstabilität und hoher Effizienz auch bei hohen Temperaturen. Typischerweise tritt bei Farbkonversionsmaterialien eine reversible Abnahme der Effizienz mit steigender Temperatur auf. The color conversion element contains at least one color conversion material. Typically, it contains a mixture of at least two color conversion materials. The conversion materials which can be used include, in particular, silicates (for example BOSE), aluminates, nitrides and / or garnet phosphors such as, for example, yttrium aluminum garnet (YAG), terbium aluminum garnet, and lutetium aluminum garnet (LuAG). Convenient are color conversion materials with high temperature stability and high efficiency even at high temperatures. Typically, color conversion materials exhibit a reversible decrease in efficiency with increasing temperature.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das Farbkonversionselement lichtstreuende Zusätze. Angesichts des vorhandenen Trägermaterials können die lichtstreuenden Zusätze dazu ausgelegt sein, das Licht zu brechen. Wie noch im Detail erklärt wird, sind aber auch Zusätze möglich, die in erster Linie auf den Effekt der Totalreflexion beruhen, wobei bei der Totalreflexion nur eine Streuung, aber keine Brechung der Lichtstrahlen erfolgt. Das Ein- bringen von lichtstreuenden Zusätzen erlaubt eine hohe Effizienz der Farbkonversion und eine gleichmäßige Ausleuchtung durch die LED. According to embodiments, the color conversion element comprises light-scattering additives. Given the presence of the carrier material, the light-scattering additives can be designed to break the light. As will be explained in detail, but also additives are possible, which are based primarily on the effect of total reflection, with the total reflection is only a scattering, but no refraction of the light rays. To be there- Bringing of light-diffusing additives allows a high efficiency of color conversion and a uniform illumination by the LED.
Gemäß Ausführungsformen umfassen die lichtstreuenden Elemente ein oder mehrere der folgenden Materialien: Silica, Bariumsulfat, Kalziumkarbonat, Magnesiumhydroxid, Zinkoxid, Bariumtitanat, und/oder Aluminiumoxid. Bevorzugt sind sphärische Silica mit einer mittleren Korngröße von mindestens 0,5 μιη. According to embodiments, the light-diffusing elements comprise one or more of the following materials: silica, barium sulfate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, zinc oxide, barium titanate, and / or alumina. Preference is given to spherical silica having an average particle size of at least 0.5 μm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine LED-Lampe zur Verfügung gestellt, die einen LED-Chip sowie ein hierin beschriebenes Farbkonversions- element aufweist, wobei das Farbkonversionselement über dem LED-Chip angeordnet ist. According to another aspect of the present invention, there is provided an LED lamp having an LED chip and a color conversion element described herein, wherein the color conversion element is disposed over the LED chip.
Eine LED-Lampe, wie sie hierin benutzt wird, ist z.B. ein zum Austausch eingerichtetes Leuchtmittel, das in die Fassung oder an der Halterung einer Leuchte eingebracht werden kann. Dies erfolgt, zum Beispiel, durch einfaches Stecken, durch kombiniertes Stecken und Drehen, oder durch Drehen. Der Ausdruck„Leuchte", wie er hierin benutzt wird, beinhaltet die Fassung bzw. Halterung für die Lampe oder das Leuchtmittel. Unter Halterung bzw. Fassung wird verstanden, dass das LED Leuchtmittel oder die Lampe darin oder daran befestigt werden kann und sich dabei typischer Weise eine starke thermische Kopplung bilden kann. Eine Leuchte weist zum Anschluss an das elektrische Netz regelmäßig Kabel oder Anschlusskontakte auf. Die Leuchte enthält zudem regelmäßig eine angebrachte Elektronik, zum Beispiel zur Steuerung der Leuchte oder zur Umwandlung der Netzspannung in die benötigte Spannung. An LED lamp, as used herein, is e.g. a set up for replacement bulbs, which can be inserted into the socket or on the holder of a lamp. This is done, for example, by simple insertion, by combined insertion and rotation, or by turning. As used herein, the term "luminaire" includes the socket or fixture for the lamp or bulb, and is understood to mean that the LED bulb or lamp may or may not be mounted therein or more typically A luminaire has regular cables or connecting contacts for connection to the electrical network, and the luminaire also regularly contains attached electronics, for example for controlling the luminaire or for converting the mains voltage into the required voltage.
Die LED-Lampe enthält typischer Weise einen zur Entgegennahme in der Fassung einer Leuchte vorgesehenen Sockelteil, den zur Lichterzeugung benötigten Halbleiter, sowie möglicher Weise weitere Elemente wie eine um den Halbleiter angebrachte Verspiegelung, den sog. Reflektor, und/oder mindestens ein Schutzglas. The LED lamp typically includes a socket portion intended to be received in the socket of a luminaire, the semiconductor required for light generation, and possibly further elements such as a mirror coating attached to the semiconductor, the so-called reflector, and / or at least one protective glass.
Ein LED-Chip wird hierin verstanden als ein Halbleiterchip, der dazu ausgerichtet ist, als Licht emittierende Diode zu fungieren. Gemäß zahlreichen Ausführungsformen ist ein im blauen Spektralbereich emittierende LED-Chip vorgesehen („blauer LED-Chip"). Es ist aber auch möglich, dass das Farbkonversionselement sowohl einen blauen, und einen ro- ten LED-Chip, oder sowohl einen blauen, als auch einen roten sowie grünen LED-Chip umgibt. Gemäß anderen Ausführungsformen handelt es sich bei dem LED-Chip um einen im ultravioletten Bereich emittierenden Chip. An LED chip is understood herein to be a semiconductor chip that is designed to function as a light-emitting diode. According to various embodiments, an LED chip emitting in the blue spectral range is provided ("blue LED chip"), but it is also possible for the color conversion element to have both a blue and a blue color. LED chip, or surrounds both a blue, as well as a red and green LED chip. According to other embodiments, the LED chip is an ultraviolet emitting chip.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wird ein Farbkonversionsele- ment, typischer Weise ein Farbkonversionsformkörper, in einem vorgegebenen Abstand zur LED angebracht. Der seitliche Abstand zu der einen oder den mehreren LEDs liegt typischer Weise zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere zwischen 1 und 3 mm. Die Form des Körpers ist im Wesentlichen ein Hohlzylinder oder ein Hohlpolyeder, insbesondere ein Hohlwürfel. Typische Abmessungen des Farbkonversion selements sind, zum Beispiel im Fall des Hohlzylinders, eine Höhe, die dem halben bis doppelten Durchmessers (im Fall einer runden LED) bzw. der halben bis doppelten Seitenlänge (im Fall einer eckigen LED) der abstrahlenden LED's entspricht. Die Anordnung mehrerer LEDs kann bei einer größeren Anzahl von LEDs auch eher rund ausgestaltet sein. According to embodiments of the present invention, a color conversion element, typically a color conversion molded body, is mounted at a predetermined distance from the LED. The lateral distance to the one or more LEDs is typically between 0.5 and 5 mm, in particular between 1 and 3 mm. The shape of the body is essentially a hollow cylinder or a hollow polyhedron, in particular a hollow cube. Typical dimensions of the color conversion selements are, for example in the case of the hollow cylinder, a height that corresponds to half to double the diameter (in the case of a round LED) or half to double the side length (in the case of a square LED) of the radiating LED's. The arrangement of a plurality of LEDs can also be made rather round with a larger number of LEDs.
Dadurch ergibt sich auf der Oberfläche des Hohlzylinders eine nicht zu große ebene, weiße Abstrahlfläche, bzw. ergibt sich eine seitliche Abstrahlung, die entsprechend günstig für die Abbildung mittels Reflektoren ist. Durch die dreidimensionale Ausformung des Hohlzylinders ergibt sich des Weiteren eine entsprechend große Oberfläche, die zur Kühlung des Farbkonversionselements und damit des Farbkonversionsmaterial beiträgt. This results in the surface of the hollow cylinder not too large flat, white emission surface, or results in a lateral radiation, which is correspondingly favorable for the imaging by means of reflectors. The three-dimensional shape of the hollow cylinder also results in a correspondingly large surface, which contributes to the cooling of the color conversion element and thus of the color conversion material.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden als lichtstreuende Elemente Formkörper, insbesondere Formkugeln verwendet. Die Formkörper, insbesondere Formkugeln, sind typischer Weise aus einem transparenten, bevorzugter Weise anorganischem Material, und können beispielsweise aus undotiertem Yttrium-Aluminium-Granat, Glas oder amorphem Siliziumdioxid (Silica) bestehen. Bevorzugt sind sphärische Silica mit Korngrößen von mindestens 0,5 μιη. According to embodiments of the present invention, shaped bodies, in particular shaped spheres, are used as light-scattering elements. The moldings, in particular moldballs, are typically of a transparent, preferably inorganic material, and may for example consist of undoped yttrium-aluminum garnet, glass or amorphous silicon dioxide (silica). Preference is given to spherical silica with particle sizes of at least 0.5 μm.
Es ist typisch, dass der Farbkonversionsleuchtstoff und/oder die lichtstreuenden Zusätze im Trägermaterial des Farbkonversionselements verteilt sind, wobei die Verteilung bevorzugter Weise homogen ausgestaltet ist. Das Farbkonversionselement ist typischer Weise über dem LED-Chip angeordnet. Gemäß Ausführungsformen, umfasst die teils durch das Farbkonversionselement durchgehende sowie die teils im Farbkonversionselement umge- wandelte Strahlung Anteile aus dem roten (hierin verstanden als zwischen 580 and 800 nm), dem grünen (hierin verstanden als zwischen 500 und 580 nm), und dem blauen Spektralbereich (hierin verstanden als zwischen 400 und 500 nm). It is typical that the color conversion luminescent material and / or the light-scattering additives are distributed in the carrier material of the color conversion element, wherein the distribution is preferably made homogeneous. The color conversion element is typically disposed over the LED chip. According to embodiments, the part passing through the color conversion element and partly in the color conversion element comprises converted radiation fractions from the red (herein understood as between 580 and 800 nm), the green (herein understood as between 500 and 580 nm), and the blue spectral region (herein understood as between 400 and 500 nm).
Der Einsatz von Formkörpern führt zu verlustarmen Streuelementen, die das von der LED emittierte Licht innerhalb des Farbkonversionselementes streuen und reflektieren. Dadurch kann die durchschnittliche optische Weglänge von Lichtstrahlen innerhalb des Farbkonversionselements vergrößert werden. Das führt wiederum dazu, dass die Dichte von Farbkonversionsleuchtstoffen in dem Trägermaterial in entsprechendem Maß reduziert werden kann, wobei die abgestrahlten Lichtstrahlen dennoch die gewünschte Teilumwandlung erfahren haben. Zum Beispiel könnte bei einer durchschnittlichen Erhöhung der optischen Weglänge um ca. 10% gegenüber dem identischen Farbkonversionselement ohne den Einsatz von Formkörpern die Menge an Farbkonversionsleuchtstoffen um ca. 10% reduziert werden. Da die Farbkonversionsleuchtstoffe ein wesentlicher Kostentreiber bei der Erzeugung des gewünschten, meist weißen Lichtes sind, können daher die Materialkosten bei der Herstellung von Farbkonversionselementen wesentlich reduziert werden. The use of moldings leads to low-loss scattering elements which scatter and reflect the light emitted by the LED within the color conversion element. Thereby, the average optical path length of light beams within the color conversion element can be increased. This in turn means that the density of color conversion phosphors in the support material can be reduced to a corresponding extent, yet the emitted light rays have undergone the desired partial conversion. For example, with an average increase in optical path length of about 10% over the identical color conversion element without the use of moldings, the amount of color conversion phosphors could be reduced by about 10%. Since the color conversion phosphors are a significant cost driver in the production of the desired, usually white light, therefore, the material costs in the production of color conversion elements can be substantially reduced.
Durch die Wahl von anorganischen Materialien für die Formkörper können gleichzeitig der Wärmeausdehnungskoeffizient reduziert und die Wärmeleitfähigkeit in dem Farbkonversionselement erhöht werden. Eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit wird durch das Einbringen anorganischer Formkörper erreicht, die typischer Weise zudem transparent sind. Durch diese Beimischung gelingt es, die Temperatur innerhalb des Farbkonversionselementes konstanter zu halten. Der Wärmetransport an die Oberfläche ist zudem verbessert, lokale Hotspots werden wirksam vermieden. Auf diese Weise wird auch der Wärmeausdehnungskoeffizient des Formteiles abgesenkt, was wiederum mechanische Spannungen bei Temperaturschwankungen vermindern kann. By the choice of inorganic materials for the moldings can be simultaneously reduced, the thermal expansion coefficient and the thermal conductivity in the color conversion element can be increased. An increase in the thermal conductivity is achieved by the introduction of inorganic moldings, which are also typically transparent. This admixture makes it possible to keep the temperature within the color conversion element more constant. The heat transport to the surface is also improved, local hotspots are effectively avoided. In this way, the coefficient of thermal expansion of the molded part is lowered, which in turn can reduce mechanical stresses in temperature fluctuations.
Die Formkörper sind typischer Weise derart gewählt, dass die Brechzahl des Formkörpermaterials von der Brechzahl des sie umgebenden Materials des Farbkonversionselements verschieden ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Brechzahl des Formkörpermaterials geringer ist als die Brechzahl des sie umgebenden Materials des Trägermaterials. Zum Beispiel ist die Brechzahl des in den Formkörpern verwendeten Materials kleiner als 1,5, während das Trägermaterial des Farbkonversionselements eine Brechzahl von 1,5 oder mehr aufweist. The shaped bodies are typically chosen such that the refractive index of the shaped body material is different from the refractive index of the surrounding material of the color conversion element. According to one embodiment, the refractive index of the shaped body material is less than the refractive index of the surrounding material of the carrier material. For example, the refractive index of the material used in the moldings is less than 1.5, while the support material of the color conversion element has a refractive index of 1.5 or more.
Dadurch kann die Anordnung von dem Effekt der Totalreflexion profitieren. Der Effekt der Totalreflexion tritt an der Grenzfläche zweier transparenter Medien auf, wenn Licht aus einem optisch dichteren Medium mit einer Brechzahl nl kommt, und auf die Grenzfläche zu einem optisch dünneren Medium mit der Brechzahl n2 fällt. Ab einem gewissen, über das Snelliussche Brechungsgesetz ermittelbaren Grenzwinkel wird das Licht an der Grenzfläche nicht gebrochen, sondern vollständig reflektiert. Bei der Totalreflexion bleiben die Energie, die Amplitude und die Wellenlänge des Lichtstrahls unverändert. This allows the arrangement to benefit from the effect of total reflection. The effect of total reflection occurs at the interface of two transparent media when light comes from an optically denser medium with a refractive index nl, and falls on the interface to an optically thinner medium with refractive index n2. From a certain limit angle, which can be determined via Snell's law of refraction, the light at the interface is not refracted, but completely reflected. In total reflection, the energy, the amplitude and the wavelength of the light beam remain unchanged.
Die Größe der Formkörper liegt typischer Weise zwischen 0,5 und 50 μιη, bevorzugt zwischen 2 und 20 μηι, wobei sich diese Maße im Fall nicht kugelförmiger eckiger Formkörper auf die längsten Seitenabmessungen, im Fall elliptischer Formkörper auf die große Achse beziehen, und im Fall von kugelförmigen Formkörpern auf den Durchmesser. Gemäß Ausführungsformen ist der volumenmäßig Anteil von Formkörpern innerhalb des Farbkonversionselements bis zu 35%, typischer Weise bis zu 20%, mindestens jedoch 5%. Dadurch können die dargestellten Vorteile in vollem Maße ausgenutzt werden. The size of the shaped body is typically between 0.5 and 50 μιη, preferably between 2 and 20 μηι, said dimensions in the case of non-spherical rectangular shaped body on the longest side dimensions, in the case of elliptical shaped body on the large axis, and in the case of spherical shaped bodies on the diameter. According to embodiments, the volume fraction of moldings within the color conversion element is up to 35%, typically up to 20%, but at least 5%. As a result, the advantages shown can be fully exploited.
Gemäß einer typischen Ausführungsform ist das LED Leuchtmittel eine blaues Licht emittierende Leuchtdiode. Die Kombination zumindest einer blauen LED mit den beschriebenen Farbkonversionselementen erlaubt eine hohe Farbortgenauigkeit ohne Bin- ning, hervorragende Farbwiedergabewerte sowie ein hohes Maß an Gestaltungsraum des gewünschten Abstrahlspektrum. According to a typical embodiment, the LED illuminant is a blue light emitting diode. The combination of at least one blue LED with the described color conversion elements allows a high color accuracy without binding, outstanding color rendering values and a high degree of design space of the desired emission spectrum.
In den hierin beschriebenen Ausführungsformen können auch verschiedenfarbige LEDs angeordnet werden, welche bspw. im und unter dem Farbkonversionselement zu z. B. weißem Licht vermischt werden können. Zum Beispiel erlaubt grundsätzlich insbesondere der Einsatz der Formkugeln als lichtstreuende Zusätze eine vorteilhafte Anwendung der Mischung von blauen LEDs mit roten LEDs. Der durch den Einsatz der Formkörper benötigte geringe Anteil an Farbkonversionsleuchtstoffen führt für den roten Wellenlängenbereich auch zu einer verminderten Absorption, was den Gesamtwirkungsgrad der Leuchte verbessert. Um die Wärmeableitung des Farbkonversionselements weiter zu erhöhen und damit die Betriebstemperatur weiter zu reduzieren, kann seine Oberfläche strukturiert werden, wie zum Beispiel im einfachsten Fall durch Aufrauen. Das Farbkonversionselement kann eine strukturierte Oberfläche, insbesondere mit Mikroprismen oder mit einer Aufrauhung, aufweist. Unter einer strukturierten Oberfläche wird in den vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungen insbesondere verstanden, dass die Oberfläche des Farbkonversionselemen- tes mit Ausnehmungen und/oder Herausragungen versehen ist, die typischer Weise Abmessungen im mikroskopischen Bereich aufweisen (d.h. kleiner als 5 μιη), wobei sie zusätzlich oder alternativ auch nicht-mikroskopische (d.h. größer als 5 μιη) Abmessungen im Bereich kleiner als 1/10 - 1/5 mm aufweisen können. Die Strukturen können regelmäßig oder unregelmäßig sein. In the embodiments described herein also different colored LEDs can be arranged, which, for example. In and below the color conversion element to z. B. white light can be mixed. For example, in particular, the use of the shaped spheres as light-scattering additives in principle allows an advantageous application of the mixture of blue LEDs with red LEDs. The low proportion of color conversion phosphors required by the use of the shaped bodies also leads to a reduced absorption for the red wavelength range, which improves the overall efficiency of the luminaire. In order to further increase the heat dissipation of the color conversion element and thus to further reduce the operating temperature, its surface can be structured, as in the simplest case by roughening. The color conversion element may have a structured surface, in particular with microprisms or with a roughening. In the present embodiments, a structured surface is understood in particular to mean that the surface of the color conversion element is provided with recesses and / or protrusions, which typically have dimensions in the microscopic range (ie smaller than 5 μm), additionally or alternatively may also have non-microscopic (ie greater than 5 μιη) dimensions in the range less than 1/10 - 1/5 mm. The structures can be regular or irregular.
Die Oberfläche kann z. B. durch den Einsatz von auf der Oberfläche angebrachten Mikroprismen um ein Mehrfaches erhöht werden. Somit kann ein wesentlich verbesserter Transport der Wärme an die Umgebungsluft sichergestellt werden, wodurch die Betriebstemperatur des Farbkonversionselementes zusätzlich abgesenkt werden kann. The surface can z. B. be increased by the use of micro-prisms mounted on the surface by a multiple. Thus, a much improved transport of the heat to the ambient air can be ensured, whereby the operating temperature of the color conversion element can be additionally lowered.
Insbesondere in den Ausführungsformen, in denen das Farbkonversionselement lichtstreuende Zusätze enthält, führt eine Strukturierung der Oberfläche zu keiner Beeinträchtigung der Abstrahlcharakteristik. In particular, in the embodiments in which the color conversion element contains light-scattering additives, a structuring of the surface does not impair the emission characteristic.
Die hierin dargestellten Ausführungsformen einer Lampe eignen sich speziell dazu, mit einem Reflektor kombiniert zu werden, um so eine homogen weiß ausgeleuchteten Ab- strahlung zu erzeugen. Alternativ kann dies auch mit Linsen realisiert werden. The embodiments of a lamp illustrated herein are particularly suitable for being combined with a reflector so as to produce a homogeneous white-illuminated radiation. Alternatively, this can also be realized with lenses.
Durch eine optionale Verspiegelung des oberen Teils des Farbkonversionselements, wie zum Beispiel der oberen weitgehend ebenen Fläche des Hohlzylinders kann ein Abstrah- lung im Pol des Reflektors erreicht werden, wodurch die Farbhomogenität über den Raumwinkel der Abstrahlung weiter verbessert werden kann. By an optional mirroring of the upper part of the color conversion element, such as the upper largely flat surface of the hollow cylinder, an emission in the pole of the reflector can be achieved, whereby the color homogeneity on the solid angle of the radiation can be further improved.
Das Farbkonversionselement weist auf Grund der Farbkonversionsleuchtstoffe regelmäßig eine nicht weiße, typischer Weise eine gelbliche Körperfarbe auf. Gemäß Ausführungs- formen kann auf das Farbkonversionselement eine Beschichtung aufgebracht werden, zum Beispiel in weiß. Die weiße Erscheinung des Farbkonversionselements wird von den Verbrauchern regelmäßig bevorzugt. Die Beschichtung kann derart ausgelegt sein, dass die Effizienz des Farbkonversionselements nahezu unbeeinträchtigt bleibt, d.h., dass die weiße Schicht nur geringe Absorption (d.h. <10%) des durch sie durchtretenden Lichtes vornimmt. Typische Schichtdicken liegen im Bereich von unter 500 μιη, besonders bevorzugt unter 100 μιη. Due to the color conversion phosphors, the color conversion element regularly has a non-white, typically yellowish, body color. In accordance with can form a coating applied to the color conversion element, for example in white. The white appearance of the color conversion element is regularly preferred by consumers. The coating may be designed so that the efficiency of the color conversion element remains virtually unimpaired, ie, that the white layer makes little absorption (ie, <10%) of the light passing through it. Typical layer thicknesses are in the range of less than 500 μιη, more preferably less than 100 μιη.
Gemäß Untersuchungen der Erfinder ist der Wirkungsgrad (verstanden als emittierte Lichtleistung im sichtbaren Spektrum im Verhältnis zur eingesetzten Strahlungsleistung der blauen LED, insbesondere ohne Korrektur des Stoke Shifts) der beschriebenen Ausführungsformen, ohne zusätzliche weiße Beschichtung, im Vergleich zu Lösungen nach dem Stand der Technik um 5% bis 10% gesteigert. According to investigations of the inventors, the efficiency (understood as emitted light power in the visible spectrum in relation to the radiation power of the blue LED used, in particular without correction of the Stoke shift) of the embodiments described, without additional white coating, in comparison to prior art solutions to 5% to 10% increased.
Durch den Einsatz des beschriebenen Farbkonversionselements ist zudem die zur Wärmeabgabe genutzte Oberfläche im Vergleich zum Materialvolumen des Farbkonversionselements in einem günstigen Verhältnis. Die im Stand der Technik bekannten kugelförmigen Farbkonversionselemente mögen zwar Vorteile in der leichteren Herstellung haben, allerdings haben sie ein zur Wärmeabgabe ungünstigeres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Die reduzierte Wärmeerzeugung und bessere Wärmeabgabe reduziert die Betriebstemperatur im Vergleich zu einer Ausführung entsprechend dem Stand der Technik, und kann daher zu einer erhöhten Lebensdauer führen. By using the described color conversion element, the surface used for heat dissipation is also in a favorable ratio compared to the material volume of the color conversion element. Although the known in the prior art spherical color conversion elements may have advantages in the lighter production, but they have a more unfavorable heat dissipation surface to volume ratio. The reduced heat generation and better heat dissipation reduces the operating temperature compared to a prior art design, and therefore can lead to increased life.
Wie bereits angesprochen gelingt es darüber hinaus durch das Einbringen von Formkörpern kleinerer Brechzahl als die des umgebenden Farbkonversionselementmaterials die durchschnittliche optische Wegstrecke von Lichtstrahlen im Farbkonversionselement gegenüber den Ausführungsformen ohne derartige Formkörper zu erhöhen. Damit hat das Licht mehr Gelegenheit, auf Farbkonversionsleuchtstoffe zu treffen. Sollten zudem weitere Elemente zum Brechen von Licht in dem Farbkonversionselement eingebracht sein, hat das Licht zudem mehr Gelegenheit, auf die Elemente zum Streuen zu treffen. Insgesamt erhöht sich somit der Wirkungsgrad des Farbkonversionselements, da pro einfallendem Licht bspw. blauer Wellenlänge mehr ausfallendes Licht auch im anderen Spektralbereich erzeugt werden kann. Andererseits kann die erhöhte optische Wegstrecke bereits bei der Herstellung berücksichtigt werden und die Dichte von Farbkonversionsleuchtstoffen im Farbkonversionselement reduziert werden. As already mentioned, it is moreover possible to increase the average optical path of light rays in the color conversion element compared to the embodiments without such shaped bodies by introducing shaped bodies having a lower refractive index than the surrounding color conversion element material. This gives light more opportunity to encounter color conversion phosphors. In addition, should other elements be introduced for breaking light in the color conversion element, the light also has more opportunity to meet the elements for scattering. Overall, thus, the efficiency of the color conversion element increases, since per incident light, for example. Blue wavelength more light can be generated also in the other spectral range. On the other hand, the increased optical path already in the Manufacture be taken into account and the density of color conversion phosphors in the color conversion element can be reduced.
Des Weiteren kann die beschriebene Anordnung auch in einer Retrofit LED Lampe eingesetzt werden. Eine Retrofit LED Lampe, wie sie hierin verstanden wird, weist eine Form identisch zu oder ähnlich einem Glaskolben einer Glühbirne auf, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und in den Haushalten über Jahrzehnte hinweg eingesetzt wurde. Insbesondere die Ausführung mit einer zusätzlichen weißen Beschichtung kann günstig zur Herstellung derartiger Lampen verwendet werden, weil die gewohnte weiße Erscheinung von Verbrauchern bevorzugt wird. Dabei wird die ansonsten oft gewählte Lösung eines Diffusors in der Form des Lampenkolben über dem Farbkonversionselement sowohl im Hinblick auf die Komplexität als auch im Hinblick auf die Effizienz verbessert. Furthermore, the arrangement described can also be used in a retrofit LED lamp. A retrofit LED lamp, as understood herein, has a shape identical to or similar to a glass bulb of a light bulb, as known in the art and used in homes for decades. In particular, the embodiment with an additional white coating can be used favorably for the production of such lamps, because the usual white appearance of consumers is preferred. The otherwise often chosen solution of a diffuser in the shape of the lamp envelope over the color conversion element is improved both in terms of complexity and in terms of efficiency.
Kurze Darstellung der Figuren Short illustration of the figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the figures and will be described in more detail below. Show it:
Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen aus dem Stand der Technik bekannten LED-Chip. Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an LED chip known from the prior art.
Figuren 2-8 sind schematische Längsschnitte durch Farbkonversionselemente gemäß Ausführung sformen der vorliegenden Erfindung. Figures 2-8 are schematic longitudinal sections through color conversion elements according to embodiments of the present invention.
Figuren 9 und 10 sind schematische Längsschnitte durch LED-Lampen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Figures 9 and 10 are schematic longitudinal sections through LED lamps according to embodiments of the present invention.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen Detailed description of the embodiments
In den folgenden beispielhaften Figuren bezeichnet die gleiche Referenznummer die gleiche Einrichtung. Figur 2 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Farbkon- versionselementes, bei dem das Farbkonversionselement 20 die Form eines Hohlzylinders aufweist, der mit einer seitlichen Bewandung 21 und einem oberen Teil 22 ausgestaltet ist. Das Farbkonversionselement besteht typischer Weise aus einem transparentem Trägermaterial sowie eingebrachten Farbkonversionsleuchtstoff. Der Farbkonversionsleuchtstoff ist normaler Weise homogen im Trägermaterial verteilt, und wurde in den Figuren nicht gesondert beziffert. In the following exemplary figures, the same reference number designates the same device. FIG. 2 shows schematically a longitudinal section through an embodiment of a color conversion element, in which the color conversion element 20 has the shape of a hollow cylinder which is designed with a lateral wall 21 and an upper part 22. The color conversion element typically consists of a transparent carrier material and incorporated color conversion luminescent material. The color conversion phosphor is normally homogeneously distributed in the carrier material, and was not separately quantified in the figures.
Figur 3 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Farbkonversionselementes, bei dem das Farbkonversionselement 20 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist. Im Vergleich zum mathematisch definierten Zylinder kann es dabei Abweichungen insbesondere an den Zylinderecken 35, insbesondere auf der Außenseite, geben, die bspw. produktionsgemäß abgerundet ausgebildet werden. FIG. 3 shows schematically an embodiment of a color conversion element in which the color conversion element 20 has a substantially cylindrical shape. Compared to the mathematically defined cylinder, there may be deviations, in particular on the cylinder corners 35, in particular on the outside, which, for example, are rounded off in accordance with the production.
Ein hierin beschriebener Hohlzylinder oder Hohlpolyeder hat jedoch regelmäßig einen flachen oberen Bereich 38, der eine direkte Ab Strahlung in den zu beleuchtenden Raum erlaubt. Typischer Weise ist der flache obere Bereich mittig in der Lampe angeordnet, sofern ein Reflektor vorhanden ist, auch meist mittig innerhalb des Reflektors. However, a hollow cylinder or hollow polyhedron described herein regularly has a flat upper portion 38 which allows direct radiation into the room to be illuminated. Typically, the flat upper portion is arranged centrally in the lamp, provided that a reflector is present, also mostly in the center of the reflector.
Gemäß hierin beschriebenen Ausführungsformen kann das Farbkonversionselement zumindest teilweise verspiegelt sein. Eine solche Verspiegelung kann insbesondere im flachen oberen Bereich vorgesehen sein. Die Verspiegelung verbessert die Farbhomogenität über den Raumwinkel der Abstrahlung. According to embodiments described herein, the color conversion element may be at least partially mirrored. Such a reflective coating can be provided in particular in the flat upper area. The mirroring improves the color homogeneity over the solid angle of the radiation.
Die hohlzylinderähnliche Form weist Seitenwände 21 auf, die typischer Weise eine maximale Abweichung von 20° im Vergleich zum reinen Kreiszylinder aufweisen. Hohlzylinderähnliche Formen weisen eine typischer Weise runde Grundfläche mit einem Radius r auf. Das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen der zylinderähnlichen Form ist gemäß einem Aspekt der Erfindung stets größer als 3/2r, besonders bevorzugt 5/3r. Gemäß Ausführung sformen ist das Verhältnis von Innendurchmesser des Hohlzylinders zur Höhe des Hohlzylinders in etwa 1: 1. Neben der zylindrischen Form kann das Farbkonversionselement auch in einer polyedri- schen Form, insbesondere einer Würfelform vorliegen. Die hierin gezeigten Längsschnitte gelten insofern entsprechend für die Längsschnitte eines Polyeders bzw. einer polyederähnlichen Form. Unter dem Begriff„im Wesentlichen Polyeder-förmig" sollen insbesondere Abweichungen an den Polyederecken im Vergleich zum mathematisch definierten Polyeder eingeschlossen werden (s. beispielsweise Fig. 3). The hollow cylinder-like shape has side walls 21, which typically have a maximum deviation of 20 ° compared to the pure circular cylinder. Hollow cylinder-like shapes typically have a circular base area with a radius r. The ratio of the surface area to the volume of the cylinder-like shape is always greater than 3 / 2r, more preferably 5 / 3r, according to one aspect of the invention. According to the embodiment, the ratio of the inner diameter of the hollow cylinder to the height of the hollow cylinder is approximately 1: 1. In addition to the cylindrical shape, the color conversion element can also be present in a polyhedral shape, in particular a cube shape. The longitudinal sections shown herein apply accordingly to the longitudinal sections of a polyhedron or a polyhedron-like shape. The term "substantially polyhedron-shaped" is intended in particular to include deviations at the polyhedron corners in comparison to the mathematically defined polyhedron (see, for example, FIG. 3).
Figur 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Farbkonversionselementes, bei dem das Farbkonversionselement 20 mit Formkörpern 40 versehen ist. Typischer Weise handelt es sich bei den Formkörpern um Formkugeln mit einer geringeren Brechzahl als die Brechzahl des Trägermaterials 45. FIG. 4 shows schematically an embodiment of a color conversion element in which the color conversion element 20 is provided with shaped bodies 40. The shaped bodies are typically shaped spheres having a lower refractive index than the refractive index of the carrier material 45.
Figur 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Farbkonversionselementes, bei dem die Außenseite des Farbkonversionselements 20 mit nach außen gerichteten Strukturierungen 30 (zum Beispiel Mikroprismen) versehen ist. Die Strukturierungen können, ganz allgemein und nicht nur in dieser Ausführungsform, im Längsschnitt die Form von Mehrecken, insbesondere Dreiecken aufweisen. In dreidimensionaler Ansicht können die Strukturierungen insbesondere pyramidenförmig sein. FIG. 5 schematically shows an embodiment of a color conversion element in which the outside of the color conversion element 20 is provided with structurings 30 pointing outwards (for example microprisms). The structuring can, in general and not only in this embodiment, in the longitudinal section in the form of polygons, in particular triangles have. In three-dimensional view, the structurings may be pyramidal in particular.
Figur 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Farbkonversionselementes, bei dem das Farbkonversionselement 20 sowohl mit Formkörpern 40 versehen ist, als auch eine strukturierte Oberfläche 30 aufweist. FIG. 6 shows schematically an embodiment of a color conversion element, in which the color conversion element 20 is provided both with moldings 40 and also has a structured surface 30.
Figur 7 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Farbkonversionselementes, bei dem das Farbkonversionselement 20 im Wesentlichen die bereits in Fig. 3 schematisierte Form des Hohlzylinders bzw. Hohlpolyeders aufweist, und zudem mit Formkörpern 40 versehen ist. Gemäß nicht gezeigten Ausführungsformen weist die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform eine strukturierte Oberfläche auf. Erkennbar ist zudem wiederum der flache obere Bereich 38. FIG. 7 schematically shows an embodiment of a color conversion element, in which the color conversion element 20 essentially has the form of the hollow cylinder or hollow polyhedra already schematized in FIG. 3, and is additionally provided with shaped bodies 40. According to embodiments not shown, the embodiment shown in FIG. 7 has a structured surface. Visible is also in turn the flat upper portion 38.
Figur 8 illustriert anhand des gezeigten Beispiels des Hohlzylinders bzw. -polyeders die in allen Ausführungsformen bestehende Möglichkeit, die Außenoberfläche des Farbkonversionselements mit einer Beschichtung 90 zu versehen. Die Beschichtung kann zum Bei- spiel weiß sein und damit von den Verbrauchern als schöner empfunden werden als bspw. eine gelbe Farbe auf Grund der eingebrachten Farbkonversionsleuchtstoffe. Insbesondere auch die Ausführungsformen, die eine Strukturierung aufweisen, können mit einer Be- schichtung versehen sein. FIG. 8 illustrates, on the basis of the shown example of the hollow cylinder or polyhedron, the possibility existing in all embodiments of providing the outer surface of the color conversion element with a coating 90. The coating can be used be white and thus be perceived by consumers as more beautiful than, for example, a yellow color due to the introduced color conversion phosphors. In particular, the embodiments which have a structuring may also be provided with a coating.
Figur 9 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine beispielhafte LED-Lampe 100. Das Farbkonversionselement 20, das einem hierin besprochenen Farbkonversionselement entsprechen kann, ist über dem LED-Chip 75 angebracht. Des Weiteren ist die optionale Einbettung des LED-Chips 75 in eine nahezu sphärische Vergussmasse 72 gezeigt, die im Wesentlichen dem Schutz des Halbleiters und dessen Anschlussdrähte dient. Der schematisch dargestellte Reflektor 70 umgibt das Farbkonversionselement 20, und dient dazu, dass seitlich abgestrahltes Licht nach oben (in der gezeigten Darstellung) abgelenkt wird. Der Reflektor ist regelmäßig höher als das Farbkonversionselement. Gemäß besonderen Ausführungsformen entspricht die maximale Höhe des Farbkonversionselements in etwa der Höhe des Reflektors. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt die Höhe des Farb- konversionslementes weniger als 50% der Höhe des Reflektors. FIG. 9 shows a schematic longitudinal section through an exemplary LED lamp 100. The color conversion element 20, which may correspond to a color conversion element discussed herein, is mounted over the LED chip 75. Furthermore, the optional embedding of the LED chip 75 in a nearly spherical potting compound 72 is shown, which essentially serves to protect the semiconductor and its connection wires. The schematically illustrated reflector 70 surrounds the color conversion element 20, and serves to deflect laterally emitted light upward (in the illustration shown). The reflector is regularly higher than the color conversion element. According to particular embodiments, the maximum height of the color conversion element corresponds approximately to the height of the reflector. In preferred embodiments, the height of the color conversion element is less than 50% of the height of the reflector.
Die äußeren Abmessungen des Farbkonversionselements werden mit von der Form des Reflektors mitbestimmt. Die Wandstärke des Farbkonversionselements ist eine Funktion des verwendeten Farbkonversionsleuchstoffes, dem Gehalt des Leuchstoffes, der Art der lichtstreuenden Zusätze, der Menge der lichtstreuenden Zusätze, und dem gewünschten Konversionsgrades (d.h. welche Anteile der primären Strahlung re-emittiert werden sollen). Typische Wanddicken liegen zwischen 1,0 und 3,0 mm. The outer dimensions of the color conversion element are co-determined by the shape of the reflector. The wall thickness of the color conversion element is a function of the color conversion luminescent material used, the content of the luminescent material, the nature of the light-scattering additives, the amount of light-scattering additives, and the desired degree of conversion (i.e., which portions of the primary radiation are to be re-emitted). Typical wall thicknesses are between 1.0 and 3.0 mm.
Eine typische Zusammensetzung des Farbkonversionselements lautet wie folgt: ca. 73% Kunststoff, ca. 25% sphärische Silica mit mittlerer Korngröße 8 μιη, ca. 2% Farbkonver- sionsleuchtstoff mit Farbkoordinaten (CIE 1931) x = 0,43 und y = 0,55 (alle Angaben als Gew.%). A typical composition of the color conversion element is as follows: about 73% plastic, about 25% spherical silica with average particle size 8 μm, about 2% color conversion phosphor with color coordinates (CIE 1931) x = 0.43 and y = 0, 55 (all figures as% by weight).
Die durch die Figur 10 illustrierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich von den in Figur 9 illustrierten Ausführungsformen darin, dass das Farbkonversionselement mit Formkörpern, vorliegend Formkugeln, versehen ist. Gemäß Ausführungsformen der hierin beschriebenen LED-Lampe umfasst das abgestrahlte Spektrum keine (d.h. unter 0,2%) ultraviolette Strahlung. Auch der im infraroten Spektralbereich abgestrahlte Anteil ist sehr gering, typischer Weise unter 0,5% bezogen auf die gesamte emittierte Energie. The embodiments of the present invention illustrated by FIG. 10 differ from the embodiments illustrated in FIG. 9 in that the color conversion element is provided with shaped bodies, in the present case shaped spheres. According to embodiments of the LED lamp described herein, the radiated spectrum does not include (ie, below 0.2%) ultraviolet radiation. Also, the proportion radiated in the infrared spectral range is very low, typically less than 0.5% based on the total emitted energy.

Claims

Ansprüche claims
1. Farbkonversionselement (20) für den Einsatz in einer LED-Lampe oder LED-Leuchte, umfassend ein Trägermaterial mit einer ersten Brechzahl, ein Farbkonversionsleucht- mittel und eine Vielzahl von Formkörpern (40), wobei das Farbkonversionselement im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders oder Hohlpolyeders aufweist. 1. color conversion element (20) for use in an LED lamp or LED lamp, comprising a carrier material having a first refractive index, a Farbkonversionsleucht- medium and a plurality of moldings (40), wherein the color conversion element substantially the shape of a hollow cylinder or Hollow polyhedron has.
2. Farbkonversionselement (20) nach Anspruch 1, wobei das Farbkonversionsleuchtmit- tel in dem Trägermaterial homogen verteilt ist. 2. color conversion element (20) according to claim 1, wherein the color conversion luminous means is homogeneously distributed in the carrier material.
3. Farbkonversionselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Formkörpern (40) insbesondere Formkugeln sind und der volumenmäßige Anteil der Formkörper im Trägermaterial bevorzugter Weise zwischen 10 % und 30 % liegt. 3. color conversion element (20) according to any one of the preceding claims, wherein the plurality of moldings (40) are in particular mold spheres and the volume proportion of the shaped body in the carrier material is preferably between 10% and 30%.
4. Farbkonversionselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formkörpermaterial eine zweite Brechzahl aufweist, und die zweite Brechzahl geringer ist als die erste Brechzahl des Trägermaterials (45). 4. color conversion element (20) according to any one of the preceding claims, wherein the shaped body material has a second refractive index, and the second refractive index is less than the first refractive index of the carrier material (45).
5. Farbkonversionselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formkörpermaterial aus folgender Gruppe gewählt ist oder eine Kombination aus folgender Gruppe darstellt: Silica, Bariumsulfat, Kalziumkarbonat, Magnesiumhydroxid, Zinkoxid, Bariumtitanat, Aluminiumoxid, undotierter YAG oder Glas. 5. color conversion element (20) according to any one of the preceding claims, wherein the molding material is selected from the group consisting of: silica, barium sulfate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, zinc oxide, barium titanate, alumina, undoped YAG or glass.
6. Farbkonversionselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Farbkonversionselement eine Oberfläche mit unregelmäßigen oder regelmäßigen Strukturen (30), insbesondere Mikroprismen, aufweist. 6. color conversion element (20) according to any one of the preceding claims, wherein the color conversion element has a surface with irregular or regular structures (30), in particular microprisms.
7. Farbkonversionselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Farbkonversionselement eine Beschichtung (90) aufweist. 7. color conversion element (20) according to any one of the preceding claims, wherein the color conversion element has a coating (90).
8. Farbkonversionselement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Farbkonversionselement insbesondere auf der oberen, im Wesentlichen ebenen Fläche eine Verspiegelung aufweist. 8. color conversion element (20) according to any one of the preceding claims, wherein the color conversion element in particular on the upper, substantially flat surface has a reflective coating.
9. Licht emittierende Lampe (100), umfassend wenigstens einen LED-Chip (75) sowie ein Farbkonversionselement gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Farbkonversionselement über dem LED-Chip angeordnet ist. 9. light-emitting lamp (100), comprising at least one LED chip (75) and a color conversion element according to one of the preceding claims, wherein the color conversion element is arranged above the LED chip.
10. Licht emittierende Lampe (100) nach Anspruch 9, des Weiteren umfassend einen Reflektor (70), wobei der Reflektor bevorzugt mindestens so hoch ist wie das Farbkonversionselement. The light emitting lamp (100) of claim 9, further comprising a reflector (70), wherein the reflector is preferably at least as high as the color conversion element.
11. Licht emittierende Lampe (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens ein blau emittierender LED Chip zur teilweisen Anregung des Farbkonversionsleuchtmittels und mindestens ein rot emittierender LED Chip zur Erzeugung des erwünschten Summenspektrums vorgesehen sind. 11. Light-emitting lamp (100) according to claim 9 or 10, wherein at least one blue emitting LED chip for partial excitation of the color conversion illuminant and at least one red emitting LED chip are provided for generating the desired sum spectrum.
12. Leuchte umfassend eine Lampe gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11. 12. Lamp comprising a lamp according to one of claims 9 to 11.
13. Verfahren zur Herstellung eines Farbkonversionselementes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Farbkonversionselement mit Hilfe eines Spritzgussverfahrens hergestellt wird. 13. A method for producing a color conversion element according to any one of claims 1 to 8, wherein the color conversion element is produced by means of an injection molding process.
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