DE102008021572A1 - Multichip LED Leuchten - Google Patents

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Abstract

Eine Mehrchip-Leuchtvorrichtungs-(LED-)Lampe zur Bereitstellung von Weißlicht umfasst eine Montagebasis, die erste und zweite Chipbefestigungsregionen umfasst. Ein erster LED-Chip wird auf die erste Chipbefestigungsregion montiert und ein zweiter LED-Chip wird auf die zweite Chipbefestigungsregion montiert. Die LED-Lampe ist konfiguriert, um Licht mit einer spektralen Verteilung zu emittieren, das mindestens vier unterschiedliche Farbmaxima umfasst, um das Weißlicht zu ergeben. Zum Beispiel kann ein erstes Umwandlungsmaterial zumindest teilweise den ersten LED-Chip bedecken und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten Farbe zu absorbieren und Licht einer dritten Farbe zu emittieren. Zusätzlich kann ein zweites Umwandlungsmaterial zumindest teilweise den ersten und/oder zweiten LED-Chip bedecken und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten und/oder zweiten Farbe zu absorbieren und Licht einer vierten Farbe zu emittieren. Es werden auch damit verwandte Leuchten und Verfahren diskutiert.

Description

  • QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortführung und beansprucht Priorität gegenüber der U.S. Patentanmeldung Ser. No. 11/032,363, eingereicht am 10.01.2005, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird.
  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleiterleuchtvorrichtungen und insbesondere, Mehrchip-Halbleiterleuchtvorrichtungen einschließlich Wellenlängenumwandlungsmaterialien und verwandte Vorrichtungen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Leuchtdioden und Laserdioden sind wohlbekannte Festkörperleuchtelemente, die bei Anlegen einer ausreichenden Spannung Licht erzeugen können. Leuchtdioden und Laserdioden können allgemein als Leuchtvorrichtungen („LEDs", light emitting devices) bezeichnet werden. Leuchtvorrichtungen umfassen im Allgemeinen einen p-n-Übergang, der in einer Epitaxieschicht, die auf einem Substrat wie Saphir, Silicium, Siliciumcarbid, Galliumarsenid und dergleichen gezogen wird, gebildet wird. Die Wellenlängenverteilung des durch die LED erzeugten Lichts hängt im Allgemeinen von dem Material ab, aus dem der p-n-Übergang hergestellt wird, und von der Struktur der dünnen Epitaxieschichten, aus denen die aktive Region der Vorrichtung gebildet wird.
  • Typischerweise umfasst ein LED-Chip ein Substrat, eine auf dem Substrat gebildete Epitaxieregion vom n-Typ, und eine auf der Epitaxieregion vom n-Typ gebildete Epitaxieregion vom p-Typ (oder umgekehrt). Um das Anlegen einer Spannung an die Vorrichtung zu erleichtern, kann ein ohmscher Anodenkontakt auf einer Region vom p-Typ auf der Vorrichtung gebildet werden (typischerweise einer exponierten Epitaxieschicht vom p-Typ) und ein ohmscher Kathodenkontakt kann auf einer Region vom n-Typ der Vorrichtung (wie z. B. dem Substrat oder einer exponierten Epitaxieschicht vom n-Typ) gebildet werden.
  • LEDs können in Beleuchtungs-/Leuchtanwendungen verwendet werden, zum Beispiel als ein Ersatz für herkömmliche Glühlampen- und/oder Leuchtstofflampenbeleuchtungen. Als solches ist es oftmals erwünscht, eine Beleuchtungsquelle bereitzustellen, die Weißlicht mit einem relativ hohen Farbwiedergabeindex (CRI) erzeugt, so dass durch diese Beleuchtung beleuchtete Gegenstände natürlicher aussehen können. Der Farbwiedergabeindex einer Lichtquelle ist ein objektives Maß für die Fähigkeit des durch die Quelle erzeugten Lichts, einen breiten Farbbereich genau zu beleuchten. Der Farbwiedergabeindex liegt in einem Bereich von praktisch Null für monochromatische Quellen bis annähernd 100 für Weißlicht-Quellen. Die Farbqualitätsskala (CQS) ist ein weiteres objektives Maß für die Bewertung der Lichtqualität und liegt ebenfalls in einem Bereich von praktisch Null bis annähernd 100.
  • Des Weiteren kann die Farbart einer bestimmten Lichtquelle als „Farbpunkt" der Quelle bezeichnet werden. Für eine Weißlichtquelle kann die Farbart als „Weißpunkt" der Quelle bezeichnet werden. Der Weißpunkt einer Weißlichtquelle kann entlang einer Ortskurve von Farbartpunkten fallen, die der Farbe eines Lichts, das von einem auf eine gegebene Temperatur erhitzten Schwarzkörperstrahler emittiert wird, entspricht. Demzufolge kann ein Weißpunkt durch eine ähnlichste Farbtemperatur (CCT) der Lichtquelle identifiziert werden, welches die Temperatur ist, bei der der Schwarzkörperstrahler die Farbe oder den Farbton der Weißlichtquelle trifft. Weißlicht hat typischerweise eine CCT zwischen etwa 4000 und 8000 K. Weißlicht mit einer CCT von 4000 hat eine gelbliche Farbe. Weißlicht mit einer CCT von 8000 K ist von mehr bläulicher Farbe und kann als „kaltes Weiß" bezeichnet werden. „Warmes Weiß" kann verwendet werden, um Weißlicht mit einer CCT zwischen etwa 2600 K und 6000 K zu beschreiben, das von mehr rötlicher Farbe ist.
  • Um Weißlicht zu erzeugen, können eine Vielzahl von LEDs, die Licht mit unterschiedlichen Lichtfarben emittieren, verwendet werden. Das durch die LEDs emittierte Licht kann kombiniert werden, um eine gewünschte Intensität und/oder Farbe des Weißlichts zu erzeugen. Wenn zum Beispiel rot-, grün- und blau emittierende LEDs gleichzeitig unter Strom gesetzt werden, kann das resultierende kombinierte Licht weiß oder annähernd weiß erscheinen, je nach den relativen Intensitäten der jeweiligen roten, grünen und blauen Quellen. In rote, grüne und blaue LEDs umfassenden LED-Lampen kann die spektrale Leistungsverteilung der LED-Komponenten relativ eng sein (z. B. etwa 10–30 nm Halbwertsbreite (HWB)). Während es möglich sein kann, relativ hohe Lichtausbeuten und/oder Farbwiedergaben mit solchen Lampen zu erreichen, können Wellenlängenbereiche existieren, in denen es schwierig sein kann, einen hohen Wirkungsgrad zu erhalten (z. B. etwa 550 nm).
  • Des Weiteren kann Licht aus einer Einzelfarb-LED zu Weißlicht umgewandelt werden, indem die LED mit einem Wellenlängenumwandlungsmaterial wie z. B. Phosphorpartikeln umgeben wird. Der Begriff „Phosphor" kann hierin verwendet werden, um beliebige Materialien zu bezeichnen, die Licht bei einer Wellenlänge absorbieren und Licht bei einer unterschiedlichen Wellenlänge reemittieren, ungeachtet der Verzögerung zwischen Absorption und Reemission und ungeachtet der beteiligten Wellenlängen. Demzufolge kann der Begriff „Phosphor" hierin verwendet werden, um Materialien zu bezeichnen, die gelegentlich als fluoreszierend und/oder phosphoreszierend bezeichnet werden. Im Allgemeinen absorbieren Phosphore Licht mit kürzeren Wellenlängen und reemittieren Licht mit längeren Wellenlängen. Als solches kann ein Teil oder das gesamte durch die LED bei einer ersten Wellenlänge emittierte Licht von den Phosphorpartikeln absorbiert werden, die als Antwort darauf Licht einer zweiten Wellenlänge emittieren können. Zum Beispiel kann eine einzelne blau emittierende LED mit einem gelben Phosphor umgeben werden, wie z. B. einem Cerium dotierten Yttrium-Aluminium-Granat (YAG). Das resultierende Licht, das eine Kombination aus blauem Licht und gelbem Licht ist, kann einem Beobachter weiß erscheinen.
  • Licht, das von einer auf einem Phosphor basierenden Festkörperlichtquelle erzeugt wird, kann jedoch einen relativ geringen CRI aufweisen. Des Weiteren kann durch eine solche Anordnung erzeugtes Licht weiß erscheinen, während durch ein solches Licht beleuchtete Gegenstände aufgrund des begrenzten Lichtspektrums nicht die natürliche Farbe aufzuweisen scheinen. Da zum Beispiel das Licht aus einer blauen, mit einem gelben Phosphor bedeckten LED geringe Energie im roten Bereich des sichtbaren Spektrums haben kann, können rote Farben in einem Gegenstand nicht gut beleuchtet werden. Als Folge kann es scheinen, dass der Gegenstand unnatürlich gefärbt ist, wenn er unter einer solchen Lichtquelle betrachtet wird. Demzufolge ist bekannt, ein wenig rot emittierende Phosphorpartikel hinzuzufügen, um die Farbwiedergabeeigenschaften des Lichts zu verbessern, d. h. das Licht „wärmer" erscheinen zu lassen. Mit der Zeit unterliegen die rot emittierenden Phosphorpartikel jedoch einer größeren Zersetzung als die gelb emittierenden Phosphorpartikel, was die nutzbaren Lebensdauer der Lichtquelle vermindern kann.
  • Demzufolge besteht fortwährend Bedarf an verbesserten LED-Lichtquellen für allgemeine Beleuchtungen.
  • KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Mehrchip-Leuchtvorrichtungs-(LED-)Lampe zur Bereitstellung von Weißlicht gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Montagebasis, die erste und zweite Chipbefestigungsregionen umfasst. Ein erster LED-Chip wird auf die erste Chipbefestigungsregion montiert und ein zweiter LED-Chip wird auf die zweite Chipbefestigungsregion montiert. Die LED-Lampe ist konfiguriert, um Licht mit einer spektralen Verteilung zu emittieren, die mindestens vier unterschiedliche Farbmaxima umfasst, um das Weißlicht bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen sind die ersten und zweiten LED-Chips konfiguriert, um Licht einer gleichen Farbe zu emittieren. In weiteren Ausführungsformen ist der erste LED-Chip konfiguriert, um Licht einer ersten Farbe zu emittieren, und der zweite LED-Chip ist konfiguriert, um Licht einer zweiten Farbe zu emittieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Lampe ein erstes Umwandlungsmaterial umfassen, das zumindest teilweise den ersten LED-Chip bedeckt und konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten Farbe zu absorbieren und Licht einer dritten Farbe zu emittieren. Des Weiteren kann die Lampe ein zweites Umwandlungsmaterial umfassen, das zumindest teilweise den ersten und/oder zweiten LED-Chip bedeckt und konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten und/oder zweiten Farbe zu absorbieren und Licht einer vierten Farbe zu emittieren. In einigen Ausführungsformen überlappt die Abdeckung der ersten und zweiten Umwandlungsmaterialien möglicherweise nicht.
  • In weiteren Ausführungsformen kann das erste und zweite Umwandlungsmaterial konfiguriert sein, um Licht mit einer größeren Wellenlänge als der des von dem ersten und/oder zweiten LED-Chip emittierten Lichts zu reemittieren. Zum Beispiel kann der erste LED-Chip konfiguriert sein, um Licht innerhalb des blauen Wellenlängenbereichs zu emittieren, der zweite LED-Chip kann konfiguriert sein, um Licht innerhalb des blaugrünen Wellenlängenbereichs zu emittieren, das erste Umwandlungsmaterial kann ein gelb emittierender Phosphor sein und das zweite Umwandlungsmaterial kann ein rot emittierender Phosphor sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann das erste Umwandlungsmaterial eine erste Halbleiterschicht auf dem ersten LED-Chip sein und das zweite Umwandlungsmaterial kann eine zweite Halbleiterschicht auf dem zweiten LED-Chip sein. Die erste und zweite Halbleiterschicht kann jeweils eine Bandlücke aufweisen, die enger als die der Quantentöpfe des ersten bzw. zweiten LED-Chips ist. Die erste und/oder zweite Halbleiterschicht kann weiterhin eine Quantentopfstruktur aufweisen.
  • In weiteren Ausführungsformen kann die Montagebasis weiterhin eine dritte Chipbefestigungsregion darauf umfassen und die Lampe kann einen auf die dritte Chipbefestigungsregion montierten dritten LED-Chip umfassen. Der dritte LED-Chip kann konfiguriert sein, um Licht einer dritten Farbe zu emittieren. Ein Umwandlungsmaterial kann zumindest teilweise den ersten LED-Chip bedeckt und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten Farbe zu absorbieren und Licht einer vierten Farbe zu emittieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann der dritte LED-Chip konfiguriert sein, um Licht mit einer größeren Wellenlänge als das des zweiten LED-Chips zu emittieren. Des Weiteren kann der zweite LED-Chip konfiguriert sein, um Licht mit einer größeren Wellenlänge als das des ersten LED-Chips zu emittieren. Das Umwandlungsmaterial kann konfiguriert sein, um Licht mit einer Wellenlänge zwischen dem des zweiten LED-Chips und dem des ersten LED-Chip zu reemittieren.
  • In weiteren Ausführungsform kann der erste LED-Chip konfiguriert sein, um Licht innerhalb des blauen Wellenlängenbereichs zu emittieren, der zweite LED-Chip kann konfiguriert sein, um Licht innerhalb des blaugrünen Wellenlängenbereichs zu emittieren, und der drittel LED-Chip kann konfiguriert sein, um Licht innerhalb eines roten Wellenlängenbereichs zu emittieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Umwandlungsmaterial ein gelb emittierender Phosphor sein. Zum Beispiel kann das Umwandlungsmaterial ein Yttrium-Aluminium-Granat sein.
  • In weiteren Ausführungsformen kann der erste LED-Chip konfiguriert sein, um Licht bei einer maximalen Wellenlänge von etwa 440–470 nm zu emittieren, der zweite LED-Chip kann konfiguriert sein, um Licht bei einer maximalen Wellenlänge von etwa 495–515 nm zu emittieren, und der drittel LED-Chip kann konfiguriert sein, um Licht bei einer maximalen Wellenlänge von etwa 610–630 nm zu emittieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Kombination aus von dem ersten, zweiten und dritten LED-Chip und dem Umwandlungsmaterial emittiertem Licht eine mittlere Wellenlänge von etwa 555 nm aufweisen. Ebenso kann eine Kombination aus von dem ersten, zweiten und dritten LED-Chip und dem Umwandlungsmaterial emittiertem Licht eine mittlere Farbtemperatur von etwa 2600 K bis etwa 6000 K aufweisen. Des Weiteren kann eine Kombination aus von dem ersten, zweiten und dritten LED-Chip und dem Umwandlungsmaterial emittiertem Licht einen Farbwiedergabeindex (CRI) von etwa 90–99 aufweisen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leuchtvorrichtungs-(LED-)Leuchte zur Bereitstellung von Weißlicht eine Montageplatte und eine Vielzahl von auf der Montageplatte befestigten Mehrchip-LED-Lampen. Jede der Vielzahl an Mehrchip-LED-Lampen umfasst ein Montagebasis, die erste und zweite Chipbefestigungsregionen darauf umfasst, die an der Montageplatte befestigt sind. Ein erster LED-Chip, der konfiguriert ist, um Licht mit einer ersten Farbe zu emittieren, wird auf die erste Chipbefestigungsregion montiert und ein zweiter LED-Chip, der konfiguriert ist, um Licht einer zweiten Farbe zu emittieren, wird auf die zweite Chipbefestigungsregion der Montagebasis montiert. Mindestens eine der Vielzahl von Mehrchip-LED-Lampen ist konfiguriert, um Licht mit einer spektrale Verteilungen zu emittieren, die mindestens vier unterschiedliche Farbmaxima umfasst, um das Weißlicht bereitzustellen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine der Vielzahl von Mehrchip-LED-Lampen weiterhin erste und zweite Umwandlungsmaterialien umfassen. Das erste Umwandlungsmaterial kann zumindest teilweise den ersten LED-Chip bedecken und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten Farbe zu absorbieren und Licht einer dritten Farbe zu emittieren. Das zweite Umwandlungsmaterial kann zumindest teilweise den ersten und/oder zweiten LED-Chip bedecken und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten und/oder zweiten Farbe zu absorbieren und Licht einer vierten Farbe zu emittieren.
  • In weiteren Ausführungsformen kann die mindestens eine der Vielzahl an Mehrchip-LED-Lampen des Weiteren einen dritten LED-Chip umfassen, der konfiguriert ist, um Licht einer dritten Farbe zu emittieren, und auf einer dritten Chipbefestigungsregion der Montagebasis montiert ist. Zudem kann ein Umwandlungsmaterial zumindest teilweise den ersten LED-Chip bedecken und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten Farbe zu absorbieren und Licht einer vierten Farbe zu emittieren.
  • In einigen Ausführungsformen können die ersten, zweiten und dritten LED-Chips der einen der Vielzahl an Mehrchip-LED-Lampen individuell ansprechbar sein. Zudem kann die LED-Leuchte des Weiteren einen Steuerkreis umfassen, der elektrisch an die Vielzahl der Mehrchip-LED-Lampen gekoppelt ist. Der Steuerkreis kann konfiguriert sein, um jeweils erste, zweite und dritte Ansteuerströme an die ersten, zweiten und dritten LED-Chips in einer der Vielzahl an Mehrchip-LED-Lampen bei einem vorbestimmten Stromverhältnis anzulegen. Zum Beispiel kann der Steuerkreis konfiguriert sein, um unabhängig erste, zweite, dritte und/oder vierte Ansteuerströme an erste, zweite, dritte und/oder vierte LED-Chips in einem Verhältnis anzulegen, das von der Helligkeit und/oder der oder den Wellenlängen des oder der LED-Chips und/oder der Helligkeit und/oder Wellenlängen des umgewandelten Lichts aus dem oder den Umwandlungsmaterialien abhängt, um gewünschte Farbkoordinaten und/oder Farbpunkte zu erreichen. Als solche kann eine Kombination von aus den ersten, zweiten und dritten LED-Chips und der Phosphorbeschichtung emittiertem Licht eine Farbtemperatur von etwa 2600 K bis etwa 6000 K, eine mittlere Wellenlänge von etwa 555 nm und/oder einen Farbwiedergabeindex (CRI) von etwa 95 aufweisen.
  • In weiteren Ausführungsformen kann die LED-Leuchte des Weiteren mindestens eine Einzelchip-LED-Lampe umfassen, die neben der Vielzahl an Mehrchip-LED-Lampen auf der Montageplatte befestigt ist.
  • Gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrchip-Leuchtvorrichtungs-(LED-)Lampe zur Bereitstellung von Weißlicht eine Montagebasis, die erste und zweite Chipbefestigungsregionen darauf umfasst. Ein blauer LED-Chip wird auf die erste Chipbefestigungsregion montiert und ist konfiguriert, um als Antwort auf einen ersten Vorspannungsstrom Licht innerhalb eines blauen Wellenlängenbereichs zu emittieren. Ein blaugrüner LED-Chip wird auf die zweite Chipbefestigungsregion montiert und ist konfiguriert, um als Antwort auf einen zweiten Vorspannungsstrom Licht innerhalb eines roten Wellenlängenbereichs zu emittieren. Ein Phosphormaterial bedeckt zumindest teilweise den blauen LED-Chip und ist konfiguriert, um zumindest einen Teil des Lichts innerhalb des blauen Wellenlängenbereichs in Licht innerhalb eines gelben Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
  • In einigen Ausführungsformen bedeckt ein zweites Phosphormaterial zumindest teilweise den blaugrünen LED-Chip und kann konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des Lichts innerhalb des blaugrünen Wellenlängenbereichs in Licht innerhalb eines roten Wellenlängenbereichs umzuwandeln.
  • In weiteren Ausführungsformen kann ein roter LED-Chip auf eine dritte Chipbefestigungsregion montiert und konfiguriert sein, um als Antwort auf einen dritten Vorspannungsstrom Licht innerhalb eines blaugrünen Wellenlängenbereichs zu emittieren.
  • Gemäß noch weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betrieb einer Multielement-Leuchtvorrichtungs-(LED-)Lampe mit blauen, blaugrünen und roten LED-Chips, dass unabhängig ein erster, zweiter und dritter Ansteuerstrom an die blauen, blaugrünen und roten LED-Chips angelegt wird. Als solche kann eine Kombination von aus den blauen, blaugrünen und roten LED-Chips emittiertem Licht Weißlicht mit einer Farbtemperatur von etwa 2600 K bis etwa 6000 K, einer mittleren Wellenlänge von etwa 555 nm und/oder einem Farbwiedergabeindex (CRI) von etwa 90–99 liefern.
  • Gemäß noch weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrchip-Leuchtvorrichtungs-(LED-)Lampe zur Bereitstellung von Weißlicht eine Montagebasis, die eine Chipbefestigungsregion darauf umfasst, einen auf der Chipbefestigungsregion montierten LED-Chip, der konfiguriert ist, um Licht einer ersten Farbe zu emittieren, und eine Halbleiterschicht auf dem LED-Chip. Die Halbleiterschicht ist konfiguriert, um zumindest einen Teil des Lichts der ersten Farbe zu absorbieren und Licht einer anderen Farbe zu reemittieren. Die Halbleiterschicht kann ein Halbleitermaterial mit direkter Bandlücke sein, das eine engere Bandlücke als die der Quantentöpfe der LED-Chips aufweist. In einigen Ausführungsformen kann die Halbleiterschicht eine Quantentopfstruktur aufweisen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1A ist eine Draufsicht, die eine Leuchtvorrichtungsleuchte gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 1B ist eine Draufsicht, die eine Leuchtvorrichtungsleuchte gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2A–2D sind Draufsichten, die Leuchtvorrichtungslampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 3A–3F sind Draufsichten, die Leuchtvorrichtungslampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 4A–4B sind Diagramme der spektralen Verteilung von Licht, das durch einzelne Leuchtvorrichtungen in Leuchtvorrichtungslampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung emittiert wird.
  • 5 ist eine Farbtafel, welche die Farbart des von den Leuchtvorrichtungslampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung emittierten Lichts darstellt.
  • 6 ist ein Fließdiagramm, das ein Verfahren zum Betrieb von Leuchtvorrichtungslampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7A–7D sind Seitenansichten, die Leuchtvorrichtungslampen gemäß noch weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 8 ist ein Energiediagramm, das Merkmale von Phosphorschichten aus Halbleitern mit direkter Bandlücke zur Verwendung in Leuchtvorrichtungslampen gemäß noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird nun genauer unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als eingeschränkt auf die hier dargelegten Ausführungsformen ausgelegt werden. Ganz im Gegenteil werden diese Ausführungsformen gegeben, so dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und Fachleuten den Bereich der Erfindung vollständig vermittelt. In den Abbildungen kann die Größe und die relativen Größen der Schichten und Regionen zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt sein. Gleiche Bezugsnummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
  • Es versteht sich, dass, wenn ein Element wie z. B. eine Schicht, Region oder Substrat als „auf" einem weiteren Element befindlich bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden kann oder dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Es versteht sich, dass, wenn ein Teil eines Elements, wie z. B. eine Oberfläche, als „innen" bezeichnet wird, dieses weiter von der Außenseite der Vorrichtung entfernt ist als andere Teile des Elements. Des Weiteren können relative Begriffe wie z. B. „unter" oder „überliegend" hierin verwendet werden, um eine Beziehung von einer Schicht oder Region zu einer anderen Schicht oder Region in Bezug auf ein Substrat oder eine Unterschicht zu beschreiben, wie sie in den Figuren dargestellt wird. Es versteht sich, dass diese Begriffe verschiedene Orientierungen der Vorrichtung zusätzlich zu den in den Figuren dargestellten Orientierungen mit einschließen sollen. Schließlich meint der Begriff „direkt", dass keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden sind. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder" jegliche und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zusammenhängend aufgeführten Gegenstände.
  • Es versteht sich, dass, obwohl die Begriffe erstes, zweites usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht auf diese Begriffe eingeschränkt werden sollten. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder einen Abschnitt von einer anderen Region, Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Daher könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, Region, Schicht oder ein erster Abschnitt unten folgend als ein zweites Element, eine zweite Komponente, Region, Schicht oder einer zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne dass von den Lehren der vorliegenden Erfindung abgewichen würde.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin unter Bezugnahme auf Querschnitts-, perspektivische und/oder Draufsichtdarstellung beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsformen der Erfindung sind. Daher sind Variationen von den Formen der Darstellungen als Folge von, zum Beispiel, den Herstellungstechniken und/oder Toleranzen zu erwarten. Daher sollten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht als auf die bestimmten Formen der hierin dargestellten Regionen eingeschränkt ausgelegt werden, sondern sollen Abweichungen der Formen als Folge, zum Beispiel, der Herstellung mit einschließen. Zum Beispiel wird eine Region, die als rechteckig dargestellt oder beschrieben wird, typischerweise gerundete oder gekurvte Merkmale aufgrund von normalen Herstellungstoleranzen aufweisen. Daher sind die in den Figuren dargestellten Regionen von ihrer Art schematisch und ihre Formen sollen nicht die exakte Form einer Region einer Vorrichtung darstellen und sollen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung einschränken.
  • Wenn nicht anders definiert, haben alle hier verwendeten Begriffe (einschließlich der technischen und wissenschaftlichen Begriffe) die gleiche Bedeutung wie sie üblicherweise von einem durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet, zu der die Erfindung gehört, verstanden werden. Es versteht sich des Weiteren, dass Begriffe, wie solche, die in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definiert werden, so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang mit dem relevanten Fachgebiet und dieser Patentschrift übereinstimmen, und nicht in einem idealisierten oder überformalem Sinn interpretiert werden sollen, sofern nicht ausdrücklich hierin so definiert.
  • Wie hierin verwendet kann der Begriff „Halbleiter-Leuchtvorrichtung" und/oder „LED" eine Leuchtdiode, eine Laserdiode und/oder weitere Halbleitervorrichtungen umfassen, die eine oder mehrere Halbleiterschichten umfassen, die Silicium, Siliciumcarbid, Galliumnitrid und/oder weitere Halbleitermaterialien umfassen können. Eine Leuchtvorrichtung kann ein Substrat wie Saphir, Silicium, Siliciumcarbid und/oder weitere mikroelektronische Substrate umfassen oder auch nicht. Eine Leuchtvorrichtung kann eine oder mehrere Kontaktschichten umfassen, die metallische und/oder andere leitfähige Schichten umfassen. In einigen Ausführungsformen können ultraviolette, blaue, blaugrüne und/oder grüne Leuchtdioden bereitgestellt werden. Es können auch rote und/oder bernsteinfarbene LEDs bereitgestellt werden. Das Design und die Herstellung von Halbleiter-Leuchtvorrichtungen sind Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt und müssen hierin nicht im Detail beschrieben werden.
  • Zum Beispiel können die Halbleiter-Leuchtvorrichtung auf Galliumnitrid basierende LEDs oder Laser, die auf einem Siliciumcarbidsubstrat hergestellt werden, sein, wie solche Vorrichtungen, die von Cree, Inc. of Durham, N. C. hergestellt und verkauft werden. Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können LEDs und/oder Laser verwenden, die in den U.S.-Patenten Nr. 6,201,262 ; 6,187,606 ; 6,120,600 ; 5,912,477 ; 5,739,554 ; 5,631,190 ; 5,604,135 ; 5,523,589 ; 5,416,342 ; 5,393,993 ; 5,338,944 ; 5,210,051 ; 5,027,168 ; 5,027,168 ; 4,966,862 und/oder 4,918,497 beschrieben werden, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind, als ob sie hierin vollständig dargelegt werden. Weitere geeignete LEDs und/oder Laser werden in der veröffentlichten U.S. Patentveröffentlichung Nr. US 2003/0006418 A1 mit dem Titel „Group III Nitride Based Light Emitting Diode Structures With a Quantum Well and Superlattice, Group III Nitride Based Quantum Well Structures and Group III Nitride Based Superlattice Structures", veröffentlicht am 9. Januar 2003, sowie in der veröffentlichten U.S. Patentveröffentlichung Nr. US 2002/0123164 A1 mit dem Titel „Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor" beschrieben. Des Weiteren können auch mit Phosphor beschichtete LEDs, wie solche, die in der U.S. Patentveröffentlichung Nr. 2004/0056260 A1 , mit dem Titel „Phosphor-Coated Light Emitting Diodes Including Tapered Sidewalls and Fabrication Me thods Therefor" beschreiben werden, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, als ob sie vollständig dargelegt wird, für die Verwendung in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung von Nutzen sein. Die LEDs und/oder Laser können auch konfiguriert sein, um so arbeiten, dass Lichtemission durch das Substrat hindurch auftritt.
  • Einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Mehrchip-LED-Lampen und verwandte Leuchten für Anwendungen mit hoher Helligkeit, wie z. B. Einbau- oder „Can"-Leuchten (mit dosenförmigem Leuchtengehäuse), bereit. LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine längere Lebensdauer bieten und/oder größere Energieausbeute bieten, und können eine Weißlichtabstrahlung gewährleisten, die mit der von herkömmlichen Lichtquellen, wie z. B. Glühlampen und/oder Leuchtstofflichtquellen, vergleichbar ist. Zudem können LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die abgegebene Helligkeit, Leistungsvermögen und/oder CRI von herkömmlichen Lichtquellen erreichen und/oder übertreffen, während eine ähnliche Größe der Leuchte erhalten bleibt.
  • 1A und 1B stellen LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Unter Bezug auf 1A, umfasst eine Leuchte 100a nun eine Montageplatte 105, die mehrere Mehrchip-LED-Lampen 110 umfasst, die an der Montageplatte 105 befestigt sind. Obwohl sie in einer runden Form dargestellt ist, kann die Montageplatte 105 auch in anderen Formen bereitgestellt werden. Wie hierin verwendet, umfasst eine „Mehrchip"-LED-Lampe mindestens zwei LED-Chips, die jeweils konfiguriert sein können, um Licht mit gleicher oder unterschiedlicher Farbe zu emittieren, und auf einem üblichen Substrat oder einer Montagebasis montiert sind. Wie in 1A gezeigt, umfasst jede Mehrchip-LED-Lampe 110 vier LED-Chips 103, die auf einer üblichen Montagebasis 101 montiert sind. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Mehrchip-LED-Lampen 110 konfiguriert sein, um Weißlicht basierend auf der Kombination der von jeder ihrer LED-Chips 103 emittierten Lichtfarben bereitzustellen. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Mehrchip-LED-Lampen 110 konfiguriert sein, um Licht mit einer spektralen Verteilung zu emittieren, die mindestens vier unterschiedliche Farbmaxima umfasst (d. h. mit lokalen maximalen Wellenlängen in Wellenlängenbereichen, die zumindest vier verschiedenen Lichtfarben entsprechen), um das Weißlicht bereitzustellen. Beispiele für LED-Farbkombinationen in Mehrchip-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 2A–2D und 3A–3E gegeben. Die Mehrchip-Lampen 110 können auf der Montageplatte 105 in Cluster und/oder anderen Anordnungen angeordnet werden, so dass die Leuchte 100a ein gewünschtes Lichtmuster abstrahlt.
  • Noch immer unter Bezugnahme auf 1A umfasst die Leuchte 100a des Weiteren einen Steuerkreis 150a, der elektrisch mit jeder der Mehrchip-LED-Lampen 110 gekoppelt ist. Der Steuerkreis ist konfiguriert, um die Lampen 110 unabhängig voneinander durch das Anlegen von Ansteuerströmen an die einzelnen LED-Chips 103 in jeder Lampe 110 zu betreiben. Mit anderen Worten kann jeder der LED-Chips 103 in jeder Lampe 110 konfiguriert sein, um durch den Steuerkreis 150a individuell adressiert zu werden. Zum Beispiel kann der Steuerkreis 150a einen Stromzuführungskreis umfassen, der konfiguriert ist, um als Antwort auf ein Steuersignal unabhängig einen Durchlassansteuerstrom an jeden der einzelnen LED-Chips 103 anzulegen, und ein Steuersystem, das konfiguriert ist, um dem Stromzuführungskreis selektiv Steuersignale zu liefern. Da LEDs stromgesteuerte Vorrichtungen sind, hängt die von einer LED emittierte Lichtintensität mit der Menge an durch die LED geschickten Stroms zusammen. Zum Beispiel ist ein übliches Verfahren zur Steuerung des durch eine LED geschickten Stroms, um die gewünschte Intensität und/oder Farbmischung zu erreichen, ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Schema, bei dem die LEDs abwechselnd in einen Vollstromzustand „AN" gefolgt von einem Nullstromzustand „AUS" gepulst werden. Demzufolge kann der Steuerkreis 150a konfiguriert sein, um den durch die LED-Chips 103 geschickten Strom unter Verwendung von einem oder mehreren auf dem Fachgebiet wohlbekannten Steuerschemata zu steuern.
  • Auch wenn es in 1A nicht dargestellt ist, kann die Leuchte 100a des Weiteren eine oder mehrere Wärmeverteilungskomponenten und/oder Kühlkörper für die Verteilung und/oder Entfernung von durch die LED-Chips 103 abgestrahlte Hitze umfassen. Zum Beispiel kann eine Wärmeverteilungskomponente eine Folie aus wärmeleitfähigem Material mit einer Fläche umfassen, die konfiguriert ist, um durch die LED-Chips 103 der Leuchte 100a erzeugte Hitze abzuleiten und die abgeleitete Hitze über die Fläche auf der Montageplatte 105 zu verteilen, um die thermischen Inhomogenitäten der Leuchte 100a zu vermindern. Die Wärmeverteilungskomponente kann ein festes Material, ein Honeycomb- oder anderes Siebmaterial, ein anisotrop wärmeleitfähiges Material wie z. B. Graphit und/oder andere Materialien sein.
  • 1B stellt eine LED-Leuchte 100b gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 1B gezeigt, umfasst die Leuchte 100b eine Montageplatte 105 und eine Vielzahl von Mehrchip-LED-Lampen 110, die an dieser Montageplatte 105 in einer Anordnung und/oder einem Muster befestigt sind, das so gewählt wurde, um eine gewünschte Lichtabstrahlung ähnlich wie der der LED-Leuchte 100a aus 1A zu liefern. Die Leuchte 100b umfasst des Weiteren eine oder mehrere Einzelchip-LED-Lampen, die in Kombination mit den Mehrchip-Lampen 110 auf der Montageplatte 105 befestigt sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich eine „Einzelchip-LED-Lampe" auf eine LED-Lampe, die nur einen LED-Chip umfasst. Zum Beispiel kann in jeder Gruppe von Mehrchip-LED-Lampen eine Einzelchip-LED-Lampe eingeschlossen sein, um ein Verhältnis bis zu 2 bis 4:1 von Mehrchip-LED-Lampen zu Einzelchip-LED-Lampen zu gewährleisten. Je nach dem gewünschten Farbpunkt, kann das Verhältnis jedoch auch höher oder geringer sein.
  • Insbesondere, wie in 1B dargestellt, umfasst die Leuchte 100b zwei Einzelchip-LED-Lampen 106r und 106c. Die Lampe 106r ist konfiguriert, um Licht in einem roten Wellenlängenbereich (z. B. 610–630 nm) zu emittieren, während Lampe 106c konfiguriert ist, um Licht in einem blaugrünen Wellenlängenbereich (z. B. 485–515 nm) zu emittieren. Es können jedoch gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch Einzelchip-LED-Lampen, die konfiguriert sind, um Licht mit anderen Farben zu emittieren, in den Leuchten bereitgestellt werden. Die Einzelchip-LED-Lampen 106r und/oder 106c können zur Einstellung des CRI und/oder der CCT der Lichtabstrahlung durch die Leuchte 100b verwendet werden. Zum Beispiel kann die Lampe 106r verwendet werden, um zusätzliches Licht im roten Wellenlängenbereich zu liefern, so dass das von der Leuchte 100b gelieferte Gesamtlicht eine „wärmere" Farbe von Weißlicht zu haben scheint. Insbesondere kann die Weißlichtabstrahlung durch die LED-Leuchte 100b eine Farbtemperatur im Bereich von etwa 2600 Grad Kelvin (K) bis etwa 6000 K aufweisen. Zusätzliche Einzelchip-LED-Lampen können auch in einem gewünschten Muster auf der Montageplatte 105 befestigt werden, um den CRI und/oder die CCT des abgestrahlten Lichts anzupassen und/oder ein bestimmtes Verhältnis von weiß emittierenden Mehrchip-LED-Lampen zu farbigen Einzelchip-LED-Lampen zu gewährleisten.
  • Die Leuchte 100b umfasst auch einen Steuerkreis 150b, der elektrisch mit jeder der Mehrchip-LED-Lampen 110 sowie mit den Einzelchip-LED-Lampen 106r und 106c auf eine ähnliche Weise, wie sie oben unter Bezug auf 1A diskutiert wurde, gekoppelt ist. Der Steuerkreis 150b ist konfiguriert, um unabhängig Ansteuerströme an die LED-Chips 103 der Mehrchip-Lampen 110 und/oder die Einzelchip-LED-Lampen 106r und/oder 106c anzulegen, um die von diesen gelieferten Lichtintensitäten individuell zu steuern, z. B. unter Verwendung einer PWM und/oder anderer auf dem Fachgebiet wohlbekannter Steuerschemata. Zudem kann die Leuchte 100b, auch wenn es in 1B nicht dargestellt ist, des Weiteren eine oder mehrere Wärmeverteilungskomponenten für die Verteilung und/oder Entfernung von durch die Einzelchip- und/oder Mehrchip-LED-Lampen abgestrahlte Hitze umfassen, wie auch mit Bezug auf 1A oben diskutiert.
  • LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie z. B. die LED-Leuchten 100a und/oder 100b können eine Anzahl an Merkmalen und/oder Vorteilen bieten. Zum Beispiel können Mehrchip-Lampen umfassende LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine relative hohe Lichtausbeute (ausgedrückt als Lumen pro Watt) für einen gegebenen CRI ermöglichen. Insbesondere können herkömmliche Leuchten 10–20 Lumen pro Watt für einen CRI von 90 bieten, während LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung 60–85 Lumen pro Watt für den gleichen CRI bieten. Zudem können LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr Lumen pro Watt pro Quadratinch bieten als herkömmliche Leuchten. Als solche können Mehrchip-Lampen umfassende LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung teurer sein als solche, die vergleichbare Einzelchip-Lampen umfassen, aber die Kosten pro Lumen können deutlich geringer sein. Ebenso kann der CRI unter Verwendung von unterschiedlichen Kombinationen aus Einzelchip-LED-Lampenfarben mit den Mehrchip-LED-Lampen angepasst werden. Zum Beispiel kann das Verhältnis von weiß emittierenden LED-Lampen zu Einzelchip-Farb-LED-Lampen etwa 2:1 bis etwa 4:1 betragen, in Abhängigkeit von der Leuchtengröße, dem gewünschten CRI und/oder dem gewünschten Farbpunkt. Für größere Einbauleuchten kann ein Verhältnis von mehr als 10:1 erwünscht sein. Weiterhin können LED-Lampen und/oder Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Standardkomponenten hergestellt werden und können als solche kosteneffizienter hergestellt werden.
  • Obwohl 1A und 1B Beispiele für LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, versteht es sich, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf solche Konfigurationen beschränkt ist. Zum Beispiel versteht es sich, dass die Steuerkreise 150a und/oder 150b, obwohl sie in 1A und 1B auf der gleichen Seite der Montageplatte 105 wie die LED-Chips 103 befestigt sind, an der gegenüberliegenden oder Rückseite der Montageplatte 105 befestigt werden können und/oder in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem getrennten Gehäuse bereitgestellt werden können. Darüber hinaus können weniger oder mehr Mehrchip-LED-Lampen und/oder Einzelchip-LED-Lampen an der Montageplatte 105 befestigt sein, zum Beispiel in Abhängigkeit von der gewünschten Lichtabstrahlung. Ebenso können, obwohl mit Bezug auf die Mehrchip-Lampen 110, die vier LED-Chips 103 pro Lampe umfassen dargestellt, Mehrchip-Lampen mit weniger oder mehr LED-Chips pro Lampe in LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Darüber hinaus müssen die Mehrchip-LED-Lampen 110 nicht alle identisch sein. Zum Beispiel können einige der Mehrchip-LED-Lampen einen roten LED-Chip, einen grünen LED-Chip und einen blauen LED-Chip umfassen, während andere zwei blaue LED-Chips und einen roten LED-Chip umfassen können. Zusätzliche Konfigurationen von Mehrchip-LED-Lampen werden unten folgend unter Bezug auf die 2A–2D und 3A–3E detaillierter erläutert.
  • 2A und 2D stellen Beispiele für Mehrchip-LED-Lampen dar, die in Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Unter Bezug auf 2A umfasst eine Mehrchip-LED-Lampe 200 ein übliches Substrat oder eine übliche Montagebasis 201, die erste und zweite Chipbefestigungsregionen 202a und 202b umfassen. Die Chipbefestigungsregionen 202a und 202b sind jeweils konfiguriert, um einen LED-Chip zu akzeptieren, wie z. B. eine Leuchtdiode, eine organische Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode. Wie in 2A gezeigt, werden erste und zweite LED-Chips 203b und 203g jeweils auf die Chipbefestigungsregionen 202a und 202b der Montagebasis 201 montiert. Zum Beispiel können die LED-Chips 203b und/oder 203g von der Firma Cree, Inc. hergestellte EZBright.RTM-LED-Chips sein. Insbesondere, wie in 2A gezeigt, ist der erste LED-Chip 203b ein blauer LED-Chip, der konfiguriert ist, um Licht in einem blauen Wellenlängenbereich (d. h. 440–470 nm) zu emittieren, während der zweite LED-Chip 203g ein grüner LED-Chip ist, der konfiguriert ist, um Licht in einem grünen Wellenlängenbereich (d. h. 495–570 nm) zu emittieren. Die blauen und/oder grünen LED-Chips 203b und/oder 203g können InGaN basierte blaue und/oder grüne LED-Chips sein, die von Cree, Inc., dem Übertragungsempfänger der vorliegenden Erfindung, erhältlich sind.
  • Des Weiteren bedecken, wie in 2A dargestellt, ein oder mehrere Lichtumwandlungsmaterialien zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b. Insbesondere bedeckt ein gelb emittierender Phosphor 206y und ein rot emittierender Phosphor 206r zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b. Der gelb emittierende Phosphor 206y ist konfiguriert, um zumindest einen Teil des von dem blauen LED-Chip 203b emittierten Lichts zu absorbieren und Licht in einem gelben Wellenlängebereich zu reemittieren, während der rote Phosphor 206r konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des durch den blauen LED-Chip 203b emittierten Lichts zu absorbieren und Licht in einem roten Wellenlängenbereich zu reemittieren. Als solche können die blauen und grünen LED-Chips 203b und 203g durch einen Steuerkreis, wie z. B. dem Steuerkreis 150a von 1A, unabhängig voneinander unter Strom gesetzt und/oder angetrieben werden, so dass von der LED-Lampe 200 Weißlicht abgestrahlt wird. Als eine Alternative in einigen Ausführungsformen kann der blaue LED-Chip 203b nur durch den gelb emittierenden Phosphor 206y bedeckt sein, und der LED-Chip 203g kann ein blaugrüner LED-Chip sein, der zumindest teilweise von dem rot emittierenden Phosphor 206r bedeckt wird. Demzufolge umfasst die Mehrchip-LED-Lampe 200 von 2A zwei LED-Chips 203b und 203g, die konfiguriert sind, um Licht in vier verschiedenen Farben zu emittierten, um die Weißlichtabstrahlung zu ergeben.
  • 2B stellt eine LED-Lampe 205 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar, die eine übliche Montagebasis 201 mit ersten, zweiten und dritten Chipbefestigungsregionen 202a, 202b und 202c und blaue, grüne und rote LED-Chips 203b, 203g und 203r umfasst, die jeweils auf den Chipbefestigungsregionen 202a, 202b und 202c montiert sind. Der rote LED-Chip 203r ist konfiguriert, um Licht in einem roten Wellenlängenbereich zu emittiert (d. h. 610–630 nm) und es kann ein AlInGaP-LED-Chip sein, der von Epistar, Osram und anderen erhältlich ist. Die LED-Lampe 205 umfasst des Weiteren eine vierte Chipbefestigungsregion 202d und einen auf der vierten Chipbefestigungsregion 202d montierten LED-Chip, wie in 2B dargestellt, als einen blaugrünen LED-Chip 203c. Der blaugrüne LED-Chip 203c ist konfiguriert, um Licht in einem blaugrünen Wellenlängenbereich (d. h. 485–515 nm) zu emittieren. Die blauen, grünen, roten und blaugrünen LED- Chips 203b, 203g, 203r und 203c können unabhängig voneinander durch einen Steuerkreis unter Strom gesetzt und/oder angetrieben werden, so dass die Kombination des emittierten Lichts eine Weißlichtabstrahlung von der LED-Lampe 205 bieten kann. Die Weißlichtabstrahlung aus der LED-Lampe 205 umfasst verglichen mit der LED-Lampe 200 von 2A auch zusätzliches Licht, das im blaugrünen Wellenlängenbereich verfügbar ist. Mit anderen Worten, der vierte LED-Chip 203c kann verwendet werden, um die Farbwiedergabe und/oder den Wirkungsgrad der LED-Lampe 205 in bestimmten Wellenlängenbereichen zu verbessern. Es versteht sich jedoch, dass LED-Chips, die konfiguriert sind, um Licht in anderen Wellenlängenbereichen, wie z. B. im bernsteinfarbenen Wellenlängenbereich, zu emittieren, auf die vierte Chipbefestigungsregion 202d montiert werden können, je nach der gewünschten Weißlichtabstrahlung der LED-Lampe 205.
  • 2C stellt eine LED-Lampe 210 dar, die ebenfalls eine übliche Montagebasis 201 mit drei Chipbefestigungsregionen 202a, 202b und 202c umfasst. Jedoch werden in 2C drei blaue LED-Chips 203b, 203b' und 203b'' jeweils auf die Chipbefestigungsregionen 202a, 202b und 202c montiert. Des Weiteren bedeckt ein unterschiedliches Lichtumwandlungsmaterial zumindest teilweise die blauen LED-Chips 203b, 203b' und 203b''. Insbesondere bedeckt, wie in 2C gezeigt, ein gelb emittierender Phosphor 206y zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b, bedeckt ein rot emittierender Phosphor 206r zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b' und bedeckt ein grün emittierender Phosphor 206g zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b''. Zum Beispiel kann der gelb emittierende Phosphor 206y Yttrium-Aluminium-Granat-(YAG-)Kristalle umfassen, die in Pulverform vorliegen und/oder in einem viskosen Klebstoff gebunden sind. Der gelb emittierende Phosphor 206y kann konfiguriert sein, um bei Photoanregung durch das von dem blauen LED-Chip 203b emittierte blaue Licht Lumineszenz zu zeigen. Mit anderen Worten, ist der gelb emittierende Phosphor 206y konfiguriert, um zumindest einen Teil des von dem blauen LED-Chip 203b emittierten Lichts zu absorbieren und Licht in einem gelben Wellenlängebereich (d. h. 570–590 nm) zu reemittieren. Ebenso ist der rot emittierende Phosphor 206r konfiguriert, um zumindest einen Teil des von dem blauen LED-Chip 203b' emittierten Lichts zu absorbieren und Licht in einem roten Wellenlängebereich (d. h. 610–630 nm) zu reemittieren, während der grüne Phosphor 206g konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des durch den blauen LED-Chip 203b'' emittierten Lichts zu absorbieren und Licht in einem grünen Wellenlängenbereich (d. h. 495–570 nm) zu reemittieren. Als solche kann die Kombination aus durch die drei blauen LED- Chips 203b, 203b' und 203b'' emittiertem Licht und durch die Phosphore 206y, 206r und 206g emittiertem Licht eine Weißlichtabstrahlung aus der LED-Lampe 210 bieten.
  • 2D stellt eine LED-Leuchte 215 gemäß noch weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die LED-Lampe 215 umfasst ebenfalls eine übliche Montagebasis 201 mit drei Chipbefestigungsregionen 202a, 202b und 202c. Zwei blaue LED-Chips 203b und 202b' sind jeweils auf die Chipbefestigungsregionen 202a und 202b der Montagebasis 301 montiert. Weiterhin ist ein roter LED-Chip 203r auf der dritten Chipbefestigungsregion 202c montiert. Ein Umwandlungsmaterial, dargestellt als gelb emittierender Phosphor 206y, bedeckt zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b. Ebenso bedeckt ein weiteres Umwandlungsmaterial, dargestellt als ein grün emittierender Phosphor 206g, zumindest teilweise den blauen LED-Chip 203b'. Jedoch wird der rote LED-Chip 203r nicht mit dem gelb emittierenden Phosphor 206y und dem grün emittierenden Phosphor 206g versehen. Demzufolge kann die Kombination aus durch die blauen LED-Chips 203b und 203b' emittiertem Licht und dem durch den gelb emittierenden Phosphor 206y und dem grün emittierenden Phosphor 206g emittiertem Licht Weißlicht liefern, während das durch den roten LED-Chip 203r emittierte Licht die Farbwiedergabeeigenschaften des Lichts verbessern kann. Mit anderen Worten, der Zusatz von Licht aus dem roten LED-Chip 203r kann die Lichtabstrahlung durch die LED-Lampe 215 „wärmer" erscheinen lassen. Als eine Alternative kann der LED-Chip 203r in einigen Ausführungsformen ein grüner LED-Chip sein, und der Phosphor 206g kann ein rot emittierender Phosphor sein.
  • Obwohl 2A–2D Beispiele für Mehrchip-LED-Lampen, die in LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, darstellen, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf solche Konfigurationen beschränkt ist. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen einer oder mehrere der LED-Chips der Mehrchip-LED-Lampen durch ein Verkapselungsmaterial bedeckt sein, das klar sein kann und/oder lichtstreuende Partikel, Phosphore und/oder weitere Elemente umfassen kann, um ein gewünschtes Emissionsmuster, eine gewünschte Farbe und/oder Intensität zu erreichen. Auch wenn es in den 2A–2D nicht dargestellt ist, können die LED-Lampen des Weiteren Scheinwerfereinfassungen, welche die LED-Chips umgeben, eine oder mehrere Linsen, die über den LED-Chips montiert sind, eine oder mehrere Kühlkörper zur Entfernung von Hitze von der Leuchtvorrichtung, einen Schutzchip für elektrostatische Entla dung und/oder weitere Elemente umfassen. Zum Beispiel kann die Montagebasis 201 in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Kühlkörper umfassen.
  • 3A–3F stellen Mehrchip-LED-Lampen gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die LED-Lampen der 3A–3F können in LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie z. B. den LED-Leuchten 100a und 100b der 1A und 1B verwendet werden. Unter Bezug auf 3A umfasst nun eine LED-Lampe 300 ein übliches Substrat oder eine übliche Montagebasis 301, die erste, zweite und dritte Chipbefestigungsregionen 302a, 302b und 302c umfassen. Die Chipbefestigungsregionen 302a, 302b und 302c sind jeweils konfiguriert, um einen LED-Chip zu akzeptieren, wie z. B. eine Leuchtdiode, eine organische Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode. Wie in 3A gezeigt, werden erste, zweite und dritte LED-Chips 303b, 303c und 303r jeweils auf den Chipbefestigungsregionen 302a, 302b und 302c der Montagebasis 301 montiert. Zum Beispiel können die LED-Chips 303b, 303c und/oder 303r von der Firma Cree, Inc. hergestellte EZBright.RTM-LED-Chips sein. In einigen Ausführungsformen können die LED-Chips 303b, 303c, and 303r vertikale Vorrichtungen sein, die einen Kathodenkontakt auf einer Chipseite und einen Anodenkontakt auf der gegenüberliegenden Chipseite umfassen.
  • Des Weiteren bedeckt ein Umwandlungsmaterial zumindest teilweise den ersten LED-Chip 303b. Zum Beispiel kann das Umwandlungsmaterial ein Phosphor, ein Polymer und/oder ein Farbstoff sein, der konfiguriert ist, um zumindest einen Teil des von dem ersten LED-Chip 303b emittierten Lichts zu absorbieren und Licht einer unterschiedlichen Farbe zu reemittieren. Mit anderen Worten kann das Umwandlungsmaterial eine Photoanregung durch das von dem ersten LED-Chip 303b emittierte Licht erfahren und zumindest einen Teil des vom ersten LED-Chip 303b emittierten Lichts in eine unterschiedliche Wellenlänge umwandeln. In 3A ist das Umwandlungsmaterial als gelb emittierender Phosphor 306y dargestellt. In einige Ausführungsformen kann der gelb emittierende Phosphor 306y Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) sein. Der gelb emittierende Phosphor 306y kann für eine Bedeckung des LED-Chips 303b unter Verwendung vieler verschiedener Techniken bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann der gelb emittierende Phosphor 306y in einem Verkapselungsmaterial in einer Kunststoffhülle, die den blauen LED-Chip 303b umgibt, enthalten sein. Zusätzlich und/oder alternativ kann der gelb emittierende Phosphor 306y direkt auf den blauen LED- Chip 303b selbst aufgebracht werden, zum Beispiel wie in der US Patentveröffentlichung Nr. 2006/0063289 beschrieben, die dem Übertragungsempfänger der vorliegenden Erfindung übertragen wurde. In anderen Techniken kann der gelb emittierende Phosphor 306y unter Verwendung von Schleuderbeschichtung, Pressformen, Siebdruck, Verdampfen und/oder elektrophoretischer Abscheidung auf den LED-Chip 303b aufgebracht werden.
  • Die LED-Chips 303b, 303e und 303r können so ausgewählt werden, dass der dritte LED-Chip 303r Licht mit einer längeren Wellenlänge als der des zweiten LED-Chips 303c emittiert und so, dass der zweite LED-Chip 303c Licht mit einer längeren Wellenlänge als der des ersten LED-Chips 303b emittiert. Das Umwandlungsmaterial 306y kann so ausgewählt werden, dass Licht mit einer Wellenlänge zwischen der des zweiten LED-Chips 303c und der des dritten LED-Chips 303r emittiert wird. Insbesondere, wie in 3A gezeigt, wird ein blauer LED-Chip 303b auf die erste Chipbefestigungsregion 302a montiert, ein blaugrüner LED-Chip 303c wird auf die zweite Chipbefestigungsregion 302b montiert und ein roter LED-Chip 303r wird auf die dritte Chipbefestigungsregion 302c montiert. Der blaue LED-Chip 303b ist konfiguriert, um Licht in einem blauen Wellenlängenbereich (d. h. etwa 440 bis etwa 490 nm) zu emittieren. Der rote LED-Chip 303r ist konfiguriert, um Licht in einem roten Wellenlängenbereich (d. h. etwa 610 bis etwa 630 nm) zu emittieren. Der blaugrüne LED-Chip 303c ist konfiguriert, um Licht innerhalb eines blaugrünen Wellenlängenbereichs zu emittieren, das heißt, zwischen dem der blauen und roten LED-Chips 303b und 303r, zum Beispiel von etwa 485 bis etwa 515 nm. Außerdem ist der gelb emittierende Phosphor 306y konfiguriert, um Licht innerhalb eines Wellenlängenbereichs zwischen dem der blauen und roten LED-Chips 303b und 303r, zum Beispiel von etwa 570 bis etwa 590 nm zu emittieren. Alternativ kann in einigen Ausführungsformen der dritte LED-Chip 303r ein grüner LED-Chip sein, der konfiguriert ist, um Licht in einem grünen Wellenlängenbereich (d. h. etwa 495 bis etwa 570 nm) zu emittieren.
  • Noch immer mit Bezug auf 3A können die blauen, roten und blaugrünen LED-Chips 303b, 303r und 303c unabhängig voneinander durch einen Steuerkreis, wie z. B. dem Steuerkreis 150a von 1A, unter Strom gesetzt und/oder angetrieben werden, so dass ein gewünschtes Weißlicht von der LED-Lampe 300 abgestrahlt wird. Zum Beispiel können für Anwendungen mit warmen Weißlicht erste, zweite und dritte Ansteuerströme an die blauen, blaugrünen und roten LED-Chips 303b, 303c und 303r in einem Verhältnis angelegt werden, so dass die ähnlichste Farbtemperatur des von der LED-Lampe 300 emittierten Lichts etwa 2600 K bis etwa 6000 K beträgt. Das Stromverhältnis kann eine Funktion der Helligkeit und/oder Wellenlängen des von den jeweiligen LED-Chips emittierten Lichts und/oder der Helligkeit und/oder Wellenlängen des umgewandelten Lichts aus dem oder den Umwandlungsmaterialien sein, um einen gewünschten Farbpunkt zu erreichen. Zudem können der blaugrüne LED-Chip 303c und der gelb emittierende Phosphor 306y Licht in dem Zwischenspektrum zwischen den Wellenlängen des von den blauen und roten LED-Chips 303b und 303r emittierten Lichts bereitstellen, so dass eine mittlere Wellenlänge der Kombination von durch die LED-Lampe 300 emittiertem Licht etwa 555 nm beträgt. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen der blaue LED-Chip 303b Licht mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 460 nm emittieren, der rote LED-Chip 303r kann Licht mit einer Wellenlänge von etwa 610 nm emittieren, der blaugrüne LED-Chip 303c kann Licht mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 505 nm emittieren, und der gelb emittierende Phosphor 306y kann Licht mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 580 nm emittieren. Im Gegensatz dazu können herkömmliche, blaue, rote und grüne LED-Chips umfassende LED-Lampen bei solchen Wellenlängen weniger effizient betrieben werden, wie oben diskutiert. Ebenso kann der Zusatz des blaugrünen LED-Chips 303c den CRI der LED-Lampe 300 verglichen mit einer herkömmlichen Lampe, bei der ein roter LED-Chip zusammen mit einem blauen LED-Chip, der mit einem gelben Phosphor überzogen ist, verbessern. Zum Beispiel können LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen CRI von etwa 90–99 aufweisen.
  • 3B–3F stellen alternative Konfigurationen von LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Die LED-Chips der Lampen von 3B–3E können ähnliche Eigenschaften aufweisen und/oder können unabhängig betrieben werden, um Weißlicht mit im Wesentlichen gleichartigen Eigenschaften wie denen, die oben unter Bezug auf 3A beschrieben wurden, bereitzustellen. Mit Bezug auf 3B umfasst nun eine LED-Lampe 305 eine übliche Montagebasis 301 mit drei Chipbefestigungsregionen 302a, 302b und 302c, sowie blaue, blaugrüne und rote LED-Chips 303b, 303c und 303r, die jeweils auf den Chipbefestigungsregionen 302a, 302b und 302c montiert sind. Die LED-Lampe 305 umfasst des Weiteren eine vierte Chipbefestigungsregion 302d und einen auf die vierte Chipbefestigungsregion montierten LED-Chip 302d, wie in 3B dargestellt, als einen weiteren blauen LED-Chip 303b. Es versteht sich jedoch, dass in einigen Ausführungs formen LED-Chips, die konfiguriert sind, um Licht mit weiteren Farben, wie z. B. Grün und/oder Bernsteinfarben zu emittieren, auf die vierte Chipbefestigungsregion 302d montiert werden können. Die erste und vierte Chipbefestigungsregionen 302a und 302d liegen einander auf der Montagebasis 301 diametral gegenüber. Als solche sind die beiden blauen LED-Chips 303b und 303b' an einander diagonal gegenüberliegenden Positionen auf der Montagebasis 301 vorgesehen. Ein gelb emittierender Phosphor 306y bedeckt zumindest teilweise die beiden blauen LED-Chips 303b und 303b'; die roten und blaugrünen LED-Chips 303r und 303c sind jedoch nicht mit dem Phosphor 306y versehen. Demzufolge kann die Kombination aus durch die blauen LED-Chips 303b und 303b' und dem gelb emittierenden Phosphor 306y emittiertem Licht Weißlicht erzeugen und die einander diametral gegenüberliegenden Positionen der blauen LED-Chips 303b und 303b' können eine noch gleichmäßigere Lichtverteilung gewährleisten. Ebenso kann das zusätzlich durch die roten und blaugrünen Chips 303r und 303c emittierte Licht die Farbwiedergabeeigenschaften der Gesamtlichtabstrahlung der LED-Lampe 305 verbessern. Als eine Alternative kann in einigen Ausführungsformen der LED-Chip 303c ein blauer LED-Chip sein, der zumindest teilweise von einem grünen oder gelblichgrünen Phosphor wie z. B. LuAG (Lanthanid + YAG) bedeckt ist.
  • 3C stellt ebenfalls eine LED-Lampe 310 dar, die zwei einander diametral gegenüberliegende blaue LED-Chips 303b und 303b', einen blaugrünen LED-Chip 303c und einen roten LED-Chip 303r umfasst, die auf eine ähnliche Weise zu der von LED-Lampe 305 in 3B auf einer üblichen Montagebasis 301 montiert sind. Jedoch bedeckt, wie in 3C gezeigt, ein einen gelb emittierenden Phosphor 306y enthaltendes Umwandlungsmaterial zumindest teilweise alle LED-Chip 303b, 303b', 303e und 303r auf der Montagebasis 301. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der gelb emittierende Phosphor 306y konfiguriert sein, um mindestens einen Teil des von den blauen LED-Chips 303b und 303b' emittierten blauen Lichts in gelbes Licht umzuwandeln. In einige Ausführungsformen kann das Umwandlungsmaterial des Weiteren einen rot emittierenden Phosphor zusätzlich zu dem gelb emittierenden Phosphor 306y umfassen.
  • 3D stellt eine LED-Lampe 315 dar, die zwei einander diametral gegenüberliegende blaue LED-Chips 303b und 303b', einen blaugrünen LED-Chip 303c und einen roten LED-Chip 303r umfasst, die auf eine ähnliche Weise zu der der LED-Lampe 305 in 3B auf der Montagebasis 301 montiert sind. Ein erstes, als ein gelb emittierender Phosphor 306y dargestelltes Umwandlungsmaterial bedeckt zumindest teilweise die beiden blauen LED-Chips 303b und 303b', die roten und blaugrünen LED-Chips 303r und 303c sind jedoch nicht damit versehen. Des Weiteren bedeckt ein zweites, als ein rot emittierender Phosphor 306r dargestelltes Umwandlungsmaterial zumindest teilweise alle LED-Chips 303b, 303b', 303c und 303r auf der Montagebasis 301. Zum Beispiel kann der rot emittierende Phosphor 306r zusammen mit einem gelb emittierenden Phosphor 306y auf blauen LED-Chips 303b und 303b' enthalten sein, um die Farbwiedergabeeigenschaften des durch die blauen LED-Chips 303b und 303b' produzierten Lichts zu verbessern. Insbesondere kann der rote Phosphor 306r auch Licht als Antwort auf Stimulation durch das von den blauen LED-Chips 303b und 303b' emittierte Licht 303b' emittieren und kann so eine zusätzliche rote Lichtemission bieten, die das durch die LED-Lampe 315 emittierte Gesamtlicht ergänzt. Das resultierende Licht kann eine wärmere Erscheinung haben, die den Gegenständen bei Beleuchtung ein natürlicheres Aussehen verleihen kann.
  • Die Anregungskurve des roten Phosphors 306r kann jedoch mit der Emissionskurve des gelb emittierenden Phosphors 306y überlappen, was bedeutet, dass ein Teil des von dem gelben Phosphor 306y absorbierten Lichts von dem roten Phosphor 306r reabsorbiert werden kann, was zu einem Verlust an Wirkungsgrad führen kann. Als solche kann in einigen Ausführungsformen das erste und/oder zweite Umwandlungsmaterial in getrennten phosphorhaltigen Regionen bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die gelb 306y und rot emittierenden 306r Phosphore in zwei getrennten phosphorhaltigen Regionen bereitgestellt werden, was eine verbesserte Trennung der verschiedenen Phosphore für ein warmes Weiß, UV/RGB und weitere Phosphoranwendungen bieten kann. Des Weiteren können die getrennten, auf der LED-Struktur 315 gebildeten, phosphorhaltigen Regionen in Kontakt mit benachbarten phosphorhaltigen Regionen stehen und/oder können von benachbarten phosphorhaltigen Regionen getrennt sein. Zum Beispiel können in einer Warmweiß-LED-Anwendung rote und gelbe Phosphore physikalisch getrennt sein, um die Reabsorption von gelbem Licht durch die roten Phosphore zu vermindern.
  • 3E stellt auf ähnliche Weise eine LED-Lampe 320 dar, die zwei einander diametral gegenüberliegende blaue LED-Chips 303b und 303b', einen blaugrünen LED-Chip 303c und einen roten LED-Chip 303r umfasst, die auf einer Montagebasis 301 montiert sind. Ein erstes, als ein gelb emittierender Phosphor 306y dargestelltes Umwandlungsmaterial bedeckt zumindest teilweise die beiden blauen LED-Chips 303b und 303b', die roten und blaugrünen LED-Chips 303r und 303c sind jedoch nicht damit versehen, während ein als ein rot emittierender Phosphor 306r dargestelltes, zweites Umwandlungsmaterial zumindest teilweise alle LED-Chips 303b, 303b', 303c und 303r auf der Montagebasis 301 bedeckt. Des Weiteren bedeckt ein drittes und viertes Umwandlungsmaterial 306x und 306z zumindest teilweise den blaugrünen LED-Chip 303c und den roten LED-Chip 303r. Zum Beispiel kann das dritte Umwandlungsmaterial 306x konfiguriert sein, um Licht als Antwort auf Stimulation durch das vom blaugrünen LED-Chip 303c emittierte Licht zu emittieren, und das vierte Umwandlungsmaterial 306z kann konfiguriert sein, um Licht als Antwort auf Stimulation durch das vom roten LED-Chips 303r emittierte Licht zu emittieren, um die Farbwiedergabeeigenschaften des von der LED-Lampe 320 emittierten Lichts zu verbessern. Zum Beispiel kann das dritte und/oder vierte Umwandlungsmaterial 306x und 306z ein blau emittierender Phosphor wie z. B. BAM (BaMgAl2O3) sein. In einigen Ausführungsformen können die Phosphore 306y, 306r, 306x und/oder 306z in getrennten phosphorhaltigen Regionen bereitgestellt werden, wie oben beschrieben. Als solches können eine Vielzahl an Phosphore mit unterschiedlichen Farben in einem gewünschten Muster auf einem Chip angeordnet werden, um ein gewünschtes Emissionsmuster zu ergeben.
  • 3F stellt eine LED-Lampe 325 dar, die zwei einander diametral gegenüberliegende blaue LED-Chips 303b und 303b' und zwei einander diametral gegenüberliegende blaugrüne LED-Chips 303c und 303e' umfasst, die auf der Montagebasis 301 montiert sind. Ein erstes, als ein gelb emittierender Phosphor 306y dargestelltes Umwandlungsmaterial bedeckt zumindest teilweise die beiden blauen LED-Chips 303b und 303b', die blaugrünen LED-Chips 303c und 303e' sind jedoch nicht damit versehen. Ebenso bedeckt ein zweites, als ein rot emittierender Phosphor 306r dargestelltes Umwandlungsmaterial zumindest teilweise die beiden blaugrünen LED-Chips 303c und 303c', die blauen LED-Chips 303b und 303b' sind jedoch nicht damit versehen. So kann die LED-Chip-Bedeckung durch die gelb und rot emittierenden Phosphore 306y und 306r in einigen Ausführungsformen nicht überlappen. Der gelb emittierende Phosphor 306y kann Licht als Antwort auf Stimulation durch das von den blauen LED-Chips 303b und 303b' emittierte Licht emittieren, so dass die kombinierte Lichtabstrahlung eine grüne Erscheinung hat, und der rote Phosphor 306r kann Licht als Antwort auf Stimulation durch das von den blaugrünen LED-Chips 303c und 303c' emittierte Licht emittieren, so dass die kombinierte Lichtabstrahlung ein orangefarbenes Aussehen hat. Demzufolge kann die Kombination aus durch die LED-Lampe 325 emittiertem orangefarbenem und grünem Licht eine Weißlichtabstrahlung mit einer wärmeren Erscheinung ergeben.
  • Obwohl 3A–3F Beispiele für LED-Lampen, die in LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, versteht es sich, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf solche Konfigurationen beschränkt ist. Zum Beispiel versteht es sich, dass, obwohl die LED-Lampen der 3B–3F darstellen, dass zwei der vier LED-Chips in jeder Lampe blaue LED-Chips sind, auch vier LED-Chips mit unterschiedlichen Farben bereitgestellt werden können. Insbesondere kann in einigen Ausführungsformen einer der blauen LED-Chips durch einen grünen und/oder bernsteinfarbenen LED-Chip ersetzt werden, je nach gewünschter Weißlichtabstrahlung. Allgemein gesagt, können weitere Permutationen von drei oder mehr LED-Chips auf einer üblichen Montagebasis und ein oder mehrere, ein oder mehrere der LED-Chips bedeckende Phosphore in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein. Des Weiteren kann das Verhältnis der Ansteuerströme für die einzelnen LED-Chips eingestellt werden, um die Farbart und/oder Farbtemperatur der Weißlichtabstrahlung durch die LED-Lampe entlang der Schwarzkörperortskurve zu verschieben. Mit anderen Worten kann durch Einstellen des Lichtstärkenverhältnisses der blauen, blaugrünen und roten LED-Chips die Farbtemperatur des Weißlichts verändert werden. Ebenso können in einigen Ausführungsformen die LED-Chips der Mehrchip-LED-Lampen durch ein Verkapselungsmaterial bedeckt sein, das klar sein kann und/oder lichtstreuende Partikel, Phosphore und/oder weitere Elemente umfassen kann, um ein gewünschtes Emissionsmuster, eine gewünschte Farbe und/oder Intensität zu erreichen. Auch wenn es in den 3A–3F nicht dargestellt ist, können die LED-Lampen des Weiteren Scheinwerfereinfassungen, welche die LED-Chips umgeben, eine oder mehrere Linsen, die über den LED-Chips montiert sind, ein oder mehrere Kühlkörper zur Entfernung von Hitze von der Leuchtvorrichtung, einen Schutzchip für elektrostatische Entladung und/oder weitere Elemente umfassen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Montagebasis 301 einen oder mehrere Kühlkörper umfassen.
  • Tabellen 1 und 2 stellen experimentelle Ergebnisse für Farbwiedergabeindex-(CRI-) und die Farbqualitätsskala-(CQS-)Werte dar, die durch typische LED-Lampen erreicht werden können, wie solchen, die ein oder mehrere blaue LED-Chips, die zumindest teilweise von einem gelb emittierenden Phosphor bedeckt sind, umfassen. TABELLE-US-00001 TABEL- LE1CRI-Werte R1 69,4 Braun R2 84,0 Grünbraun R3 93,1 Gelbgrün R4 64,5 Grün R5 67,0 Blaugrün R6 74,4 Blau R7 80,1 Violett R8 51,1 Fliederviolett R9 -10,9 kräftiges Rot R10 60,3 kräftiges Gelb R11 53,7 kräftiges Grün R12 47,5 kräftiges Blau R13 72,0 Hautfarbe (Europäer) R14 95,9 Blattgrün Ra 73,0.
  • Insbesondere stellt Tabelle 1 die Farbwiedergabeindex-Werte R1 bis R14 der vierzehn verschiedenen Testfarben dar, die zur Berechnung eines allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra verwendet werden. Die Farbwiedergabeindex-Werte R1 bis R8, R13 und R14 stellen Grade von feinen Unterschieden zwischen natürlich reproduzierten Farben mit Zwischensättigungsgraden dar. Im Gegensatz dazu stellen die speziellen Farbwiedergabeindex-Werte R9 bis R12 Grade von Unterschieden zwischen kräftig und/oder leuchtend reproduzierten Farben dar. Wie in Tabelle 1 gezeigt, kann der Gesamtfarbwiedergabeindex für eine typische LED-Lampe etwa 73,0 betragen. TABELLE-US-00002 TABELLE 2 CQS-Werte VS1 76,0 Violett VS2 95,2 Blau VS3 71,3 Blaugrün VS4 61,9 VS5 67,3 VS6 68,4 VS7 69,7 VS8 77,4 Grün VS9 94,3 VS10 82,0 Gelb VS11 74,7 VS12 73,3 VS13 74,4 Orange VS14 66,6 Rot VS15 69,7 CQS 73,1.
  • Ebenso stellt Tabelle 2 die Farbqualitätsskala-Werte VS bis VS15 von sieben Testfarben dar, die zur Berechnung eines Gesamtfarbqualitätsskalen-(CQS-)Werts gemäß dem National Institute of Standards and Technology (MIST) verwendet werden. Wie in Tabelle 2 gezeigt, kann der allgemeine Farbqualitätsskalen-Wert für eine typische LED-Lampe etwa 73,1 betragen. Also können LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung höhere Farbwiedergabeleistungen sowohl nach dem CRI- als auch dem CQS-Leistungsstandard ermöglichen.
  • 4A ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für eine spektrale Verteilung von Licht zeigt, die durch eine LED-Lampe gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie z. B. der LED-Lampe 300 von 3A erzeugt werden kann. In 4A gibt die x-Achse die Wellenlänge in Nanometer (nm) an und die y-Achse gibt die Lichtstärke an. Wie in 4 gezeigt, umfasst die spektrale Verteilung der LED-Lampe 300 blaue (B), blaugrüne (C) und rote (R) Emissionsspektren 499b, 499c und 499r sowie ein Emissionsspektrum 499y bei einer Wellenlänge zwischen blaugrün und rot (z. B. gelb). Das blaue Spektrum 499b stellt die Emission des blauen LED-Chips 303b dar, das blaugrüne Spektrum 499c stellt die Emission des blaugrünen LED-Chips 303c dar und das rote Spektrum 499r stellt die Emission des roten LED-Chips 303r dar. Das Spektrum 499y stellt die Lumineszenz dar, die von einem Lichtumwandlungsmaterial wie z. B. dem gelb emittierenden Phosphor 306y gezeigt wird, wenn es durch die Emission des blauen LED-Chips 303b eine Photoanregung erfährt.
  • Das durch die LED-Lampe 300 emittierte Weißlicht kann auf der Grundlage der maximalen Wellenlängen der Emissionsspektren 499b, 499e, 499r und 499y der jeweiligen blauen, blaugrünen und roten LED-Chips 303b, 303c und 303r und des Phosphors 306y charakterisiert werden. Wie in 4A dargestellt, emittiert der blaue LED-Chip 303b Licht mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 460 nm, während der rote LED-Chip 303r Licht mit einer Wellenlänge von etwa 610 nm emittiert und der blaugrüne LED-Chip 303c Licht mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 505 nm emittiert. Das Lichtumwandlungsmaterial emittiert Licht mit einer maximalen Wellenlänge zwischen den maximalen Wellenlängen des blaugrünen und roten LED-Chips 303c und 303r. Des Weiteren kann die Lichtstärke der Emissionsspektren 499b, 499c, 499r und 499y eingestellt werden, indem unabhängig bestimmte Ansteuerströme an die jeweiligen blauen, blaugrünen und roten LED-Chips 303b, 303c und 303r angelegt werden.
  • Demzufolge umfasst die kombinierte spektrale Verteilung der LED-Lampe 300 die Kombination der blauen, blaugrünen und roten Emissionsspektren 499b, 499c und 499r sowie das Emissionsspektrum 499y. Insbesondere, wie durch die gestrichelte Linie 400a in 4A gezeigt, weist die Kombination aus von der Lampe 300 emittiertem Licht lokale maximale Wellenlängen bei etwa 440–470 nm, 490–520 nm, 560–590 nm und 610–630 nm auf. Ebenso kann in herkömmlichen, rote, blaue und grüne LED-Chips umfassenden LED-Lampen das resultierende Weißlicht in seiner Farbe ungleichmäßig sein, da es vielleicht schwierig ist, die jeweiligen gefärbten Emissionen mit herausragenden monochromatischen Peaks auf eine solche Weise zu streuen und zu mischen, dass das gewünschte Weißlicht erzeugt wird. Im Gegensatz dazu verwendet die LED-Lampe 300 die vom Phosphor 306y gezeigte Lumineszenz, wenn sie durch die Emission des blauen LED-Chips 303b eine Photoanregung erährt, um das Zwischenspektrum 499y zwischen den Spektren 499c und 499r der blaugrünen und roten LED-Chips 303c und 303r zu bieten. Als solche können LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die jeweiligen Lichtfarben gleichmäßiger streuen und/oder mischen, zum Beispiel, um warmes Weißlicht mit einem relativ hohen CRI zu ergeben.
  • 4B ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel für eine spektrale Verteilung von Licht zeigt, das durch eine LED-Lampe gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie z. B. der LED-Lampe 325 von 3F erzeugt werden kann. In 4B gibt die x-Achse die Wellenlange in Nanometer (nm) an und die y-Achse gibt die Lichtstärke an. Wie in 4B gezeigt, umfasst die spektrale Verteilung der LED-Lampe 325 blaue (B), blaugrüne (C), gelbe (Y) und rote (R) Emissionsspektren 499b, 499c 499y und 499r. Das blaue Spektrum 499b stellt die Emission der blauen LED-Chips 303b und 303b' dar und das blaugrüne Spektrum 499e stellt die Emission des blaugrünen LED-Chips 303e und 303e' dar. Das Spektrum 499y stellt die Lumineszenz eines ersten Lichtumwandlungsmaterials wie z. B. dem gelb emittierendem Phosphor 306y dar, die bei Photoanregung durch die Emission der blauen LED-Chips 303b und/oder 303b' gezeigt wird, während das Spektrum 499r die Lumineszenz eines zweiten Lichtumwandlungsmaterials wie z. B. dem rot emittierendem Phosphor 306r darstellt, die bei Photoanregung durch die Emission der blaugrünen LED-Chips 303c und/oder 303e' gezeigt wird.
  • Das durch die LED-Lampe 325 emittierte Weißlicht kann auf der Grundlage der maximalen Wellenlängen der Emissionsspektren 499b, 499c, 499r und 499y der jeweiligen blauen, blaugrünen und roten LED-Chips 303b, 303c und 303r und des Phosphors 306y charakterisiert werden. Wie in 4B dargestellt, emittieren die blauen LED-Chips 303b und 303b' Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 445 nm bis etwa 470 nm (mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 460 mm), während die blaugrünen LED-Chips 303e und 303c' Licht in einem Wellenlängenbereich von etwa 495 mm bis etwa 515 mm (mit einer maximalen Wellenlänge von etwa 505 nm) emittieren. Das erste und zweite Lichtumwandlungsmaterial emittiert Licht mit jeweils einer maximalen Wellenlange größer als das der blauen und blaugrünen LED-Chips.
  • Die kombinierte spektrale Verteilung der LED-Lampe 325 umfasst die Kombination der blauen, blaugrünen, gelben und roten Emissionsspektren 499b, 499c 499y und 499r, wie durch die gestrichelte Linie in 4B gezeigt. Wie oben diskutiert, kann die Weißlichtabstrahlung aus herkömmlichen, rote, blaue und/oder grüne LED-Chips umfassenden LED- Lampen etwas ungleichmäßig in der Farbe sein, aufgrund von Schwierigkeiten bei der Streuung und/oder Mischung von herausragenden monochromatischen Peaks der jeweiligen Farbemissionen. Im Gegensatz dazu verwendet die LED-Lampe 325 die durch die Phosphore 306y und 306r gezeigte Lumineszenz bei jeweiliger Photoanregung durch die Emissionen der blauen LED-Chips 303b und 303b' und der blaugrünen LED-Chips 303c und 303c', um die jeweiligen Lichtfarben gleichmäßiger zu streuen und zu mischen, und dadurch kann sie warmeres Weißlicht mit einem relativ höheren CRI liefern. Des Weiteren kann die Lichtstärke der Emissionsspektren 499b, 499c, 499r und 499y eingestellt werden, indem unabhängig bestimmte Ansteuerströme an die jeweiligen blauen LED-Chips 303b, und 303b' sowie die blaugrünen LED-Chips 303c und 303c' angelegt werden.
  • 5 ist eine Farbtafel, die ein Beispiel für die Farbart erläutert, die durch eine LED-Lampe gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wie z. B. der LED-Lampe 300 von 3A geboten werden kann. In 5 wird der Gamut aller sichtbaren Farbarten als eine Figur in Hufeisenform dargestellt. Insbesondere wird der gebogene Rand 500 des Gamuts die spektrale Ortskurve genannt und sie entspricht monochromatischem Licht mit in Nanometern (nm) aufgeführten Wellenlängen. Der gerade Rand 505 im unteren Teil des Gamuts wird die Purpurlinie genannt. Diese Farben haben, obwohl sie an der Grenze des Gamuts liegen, kein Gegenstück in monochromatischem Licht. Weniger gesättigte Farben erscheinen im Inneren der Figur mit weiß im Zentrum. Alle Farben, die durch Mischen zweier beliebiger Farben gebildet werden können, werden auf einer Geraden liegen, welche die beiden diese Farben auf der Farbtafel darstellenden Punkte verbindet. Des Weiteren können alle Farben, die durch Mischen von drei Farben gebildet werden können, innerhalb eines Dreiecks gefunden werden, das durch die entsprechenden Punkte auf der Farbtafel gebildet wird (und so weiter für multiple Quellen).
  • Demzufolge hat, wie in 5 gezeigt, durch den blauen LED-Chip 303b emittiertes Licht eine maximale Wellenlange von etwa 460 nm, hat das durch den roten LED-Chip 303r emittierte Licht eine maximale Wellenlänge von etwa 610 nm und hat das durch den blaugrünen LED-Chip 303c emittierte Licht eine maximale Wellenlange von etwa 505 nm. Ebenso hat das durch den gelb emittierenden Phosphor 306y emittierte Licht eine maximale Wellenlänge von etwa 570 nm. Demzufolge kann die LED-Lampe 300 konfiguriert werden, um Licht mit ähnlichsten Farbtemperaturen innerhalb des Bereichs zu emittieren, das durch das dunkel gefärbte Gebiet 515 definiert wird. Mit anderen Worten hat das durch Mischen der Emissionen der blauen, blaugrünen und roten LED-Chips 303b, 303c und 303r zusammen mit dem gelb emittierenden Phosphor 306y erzeugte Weißlicht eine Farbart, die innerhalb des Bereichs 515 fällt. Wie in 5 gezeigt, befindet sich der Bereich 515 über der Schwarzkörperstrahlungsortskurve (d. h. der Planck'schen Ortskurve) 510 und die Farbart des farbgemischten Lichts unterscheidet sich nicht sehr von der Schwarzkörperstrahlungsortskurve 510 in einem breiten Bereich der ähnlichsten Farbtemperatur. Mit anderen Worten, die erzeugte Farbe des Lichts kann eine variable Farbart innerhalb eines relativ breiten Bereichs der ähnlichsten Farbtemperatur haben. Als Folge kann der allgemeine Farbwiedergabeindex der Lampe 300 erhöht werden. Insbesondere können LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung warmes Weißlicht mit einer ähnlichsten Farbtemperatur von etwa 2600 K bis etwa 6000 K mit einem relativ hohen CRI von mehr als etwa 90 und in einigen Ausführungsformen von mehr als 95 erzeugen.
  • In Mehrchip-LED-Lampen und Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Intensitäten der einzelnen LED-Chips unabhängig gesteuert werden. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem die relative Emission der LED-Chips durch die Steuerung des angelegten Stroms gesteuert wird. 6 ist ein Fließdiagramm, dass Arbeitsvorgänge zur Steuerung der relativen Intensitäten von LED-Chips in LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie z. B. der LED-Lampe 300 von 3A, darstellt, um warmes Weißlicht mit hohem CRI zu ergeben. Insbesondere, wie in 6 gezeigt, werden erste, zweite und dritte Ansteuerströme an die blauen, blaugrünen und roten LED-Chips in Block 600 in einem solchen Verhältnis angelegt, dass die Kombination von aus den blauen, blaugrünen und roten LED-Chips emittiertem Licht ein Weißlicht mit einer ähnlichsten Farbtemperatur von etwa 2600 K und etwa 6000 K und einem CRI von etwa 90 bis 99 liefert. Demzufolge kann durch die Steuerung der relativen, an die jeweiligen LED-Chips angelegten Leistung ein breiter Bereich an Flexibilität sowohl für die Bereitstellung der gewünschten Farbart als auch der Steuerung der Farbabstrahlung der einzelnen Vorrichtungen zugänglich sein. Als solche können LED-Leuchten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden, die dem Endnutzer die Steuerung der relativen, an die jeweiligen LED-Chips angelegten Leistungen ermöglichen. Mit anderen Worten, die LED-Lampen der Leuchte könnten vom Nutzer „durchgestimmt" werden, um die gewünschten Farben oder Farbtöne aus den Lampen zu erreichen. Diese Art von Steu erung kann mittels bekannter Steuerungselektronik, zum Beispiel unter Verwendung eines Satzes an vorbestimmten Stromverhältnissen, bereitgestellt werden.
  • Des Weiteren können, obwohl nicht dargestellt, Mehrchip-LED-Lampen gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch Linsen und Facetten umfassen, um die Richtung der Lichtemission der Lampe sowie Mischen/Gleichmäßigkeit zu steuern. Weitere Komponenten, wie z. B. solche, welche die thermische Verwaltung, optische Steuerung und/oder elektrische Signalmodifizierung und/oder Steuerung betreffen, ebenfalls eingeschlossen sein, um die Lampen weiter an eine Vielzahl von Anwendungen anzupassen.
  • Des Weiteren können Phosphore gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch ein Halbleitermaterial wie z. B. einen Halbleiter mit direkter Bandlücke bereitgestellt werden. Insbesondere können Phosphore gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Halbleitermaterialien umfassen, die eine engere Bandlücke aufweisen als die der Quantentöpfe der LED-Chips. Solche Phosphore mit direkter Bandlücke können in der Form eines Films und/oder einer Pulverschicht auf einem LED-Chip bereitgestellt werden, um die gewünschte Farbverschiebung zu liefern. Zum Beispiel kann ein solcher Phosphor mit direkter Bandlücke eine InGaN-Schicht mit einem größeren Anteil an In als dem sein, der in den Quantentöpfen von LED-Chips gefunden wird. Weitere Beispiele von Halbleitern mit direkter Bandlücke können GaAs (1,42 eV), AlGaAs mit einem Al-Anteil von weniger als etwa 45%, und/oder InP (1,34 eV) umfassen. Darüber hinaus können in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Halbleiter mit indirekter Bandlücke ebenfalls als Phosphore verwendet werden, obwohl solche Phosphore eine verminderte Leistungsfähigkeit bieten können.
  • 7A–7D stellen beispielhafte Konfigurationen von Halbleiterphosphoren mit direkter Bandlücke zusammen mit LED-Chips gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Wie in 7A gezeigt, können zwei Halbleiterphosphore 706a und 706b (die eine unterschiedliche Lichtabsorption und/oder Emissionscharakteristik aufweisen können) jeweils auf zwei LED-Chips 703a und 703b bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke 706a und 706b auf einem Substrat, wie z. B. einem Glas- oder Saphirsubstrat, gebildet werden und können so räumlich von den beiden LED-Chips 703a und 703b durch das dazwischen liegende Substrat getrennt werden.
  • Im Gegensatz dazu kann sich, wie in 7B gezeigt, der Phosphor 706a direkt auf dem LED-Chip 703a und der Phosphor 706b kann sich direkt auf dem LED-Chip 703b befinden. Demzufolge können, wie in 7A und 7B gezeigt, die LED-Chips 703a und 703b gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung integrierte Wellenlängenumwandlungsmaterialien umfassen. Ebenso können, wie in 7C gezeigt, beide Halbleiterphosphorschichten mit direkter Bandlücke 706a und 706b auf den LED-Chips 703a und 703b gestapelt sein und durch das Substrat 705 davon räumlich getrennt werden. Als eine weitere Alternative kann sich mindestens eine der gestapelten Phosphorschichten 706a und/oder 706b direkt auf den LED-Chips 703a und 703b befinden, wie in 7D gezeigt. Weitere Konfigurationen und/oder Kombinationen von Halbleiterphosphoren mit direkter Bandlücke und LED-Chips können ebenfalls gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die Phosphorschichten 706a und/oder 706b, obwohl sie so dargestellt sind, dass sie die LED-Chips 703a und 703b vollständig bedecken, so bereitgestellt werden, dass sie einen oder mehrere der LED-Chips 703a und/oder 703b teilweise überlappen, so dass nicht das gesamte von diesen emittierte Licht zu den Phosphorschichten 706a und/oder 706b gelenkt wird. Demzufolge können in einigen Ausführungsformen die Phosphorschichten 706a und/oder 706b als die Phosphore in den Leuchten und/oder Lampen, die oben mit Bezug auf 2A–3F beschrieben wurden, verwendet werden.
  • Die Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke 706a und 706b können als Dünnschichten auf den LEDs 703a und/oder 703b abgeschieden werden, zum Beispiel unter Verwendung von Metallorganischer Gasphasenabscheidung (MOCVD) und/oder Zerstäubungstechniken. Die auf einem Substrat (wie z. B. Saphir oder Glas) abgeschiedenen Filme können auf der Innenseite einer Linse und/oder direkt auf den LED-Chips abgeschieden werden. Des Weiteren können die Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke 706a und 706b auf einem Substrat gezüchtet werden. Die Eigenschaften des Substrats, auf dem der Film gezüchtet und/oder abgeschieden wird, sowie die nachfolgenden Verarbeitungsbedingungen können so angepasst werden, dass die gewünschte spektrale Abscheidung geliefert wird. Ein die Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke umfassendes Substrat gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann als ein Trägerwafer zum Tragen einer LED verwendet werden, zum Beispiel, wo das Substrat entfernt wurde, und/oder zum Tragen einer Halbleiterschicht, die von einem Substrat getrennt wurde. Es muss große Sorgfalt aufgewendet werden, um die Dünnschichtfilme bei der nachfolgende Bearbeitung nicht zu beschädigen. Die Phosphore 706a und 706b können auch in Form von Partikeln oder Pulver bereitgestellt werden. Bei pulverigen Phosphoren kann die Größe und/oder Form der Partikel ebenfalls die gewünschte spektrale Abstrahlung beeinflussen.
  • Noch immer unter Bezug auf 7A–7D kann die Größe, Stöchiometrie und/oder Morphologie der Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke 706a und 706b ausgewählt werden, um eine gewünschte spektrale Abstrahlung zu ergeben. Zum Beispiel kann die Stöchiometrie der Phosphore 706a und 706b so verändert werden, dass sich die Farbe des emittierten Lichts und/oder die Absorptionswahrscheinlichkeit verändert. Insbesondere kann die Absorptionswahrscheinlichkeit eines einfallenden Photons von der Stöchiometrie abhängen, was sich auf die Bandlücke und/oder die Zustandsdichten auswirken kann. Wenn zum Beispiel das Eigenenergieniveau E größer ist als die Bandlücke Eg der Phosphore 706a und 706b (zum Beispiel geringfügig größer als Eg) können die Zustandsdichten relativ klein sein und so kann die Absorptionswahrscheinlichkeit relativ klein sein. Im Gegensatz dazu kann, wenn das Eigenenergieniveau Ei verglichen mit der Bandlücke Eg breit ist, die Zustandsdichte größer sein und die Absorption kann wahrscheinlicher werden. Die Absorptionswahrscheinlichkeit ist auch proportional zur Dicke der Phosphorschichten 706a und 706b.
  • Demzufolge kann die Stöchiometrie der Phosphore 706a und 706b eingestellt werden, um ein gewünschtes Maß an Absorption und/oder spektraler Abstrahlung zu erreichen. Wenn es sich zum Beispiel bei den Phosphoren 706a und/oder 706b um InxGa1-xN-Schichten handelt, kann der Wert von x über die Dicke der Phosphorschichten 706a und/oder 706b variiert werden, um ein breiteres Emissionsspektrum zu ergeben. Im Gegensatz dazu kann für eine einzelne (nicht variierende) Zusammensetzung die spektrale Emission ziemlich eng sein. Die Phosphorschichten 706a und/oder 706b können konfiguriert sein, um zumindest einen Teil des von den LED-Chip 703a und/oder 703b emittierten Lichts zu absorbieren und Licht mit einer größeren Wellenlänge als der des durch die LED-Chips 703a und/oder 703b emittierten Lichts zu reemittieren. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen die Stöchiometrie der Phosphore 706a und/oder 706b eingestellt werden, um den Bereich der spektralen Emission zu vermindern. Mit anderen Worten können in einigen Ausführungsformen die Phosphore 706a und/oder 706b konfiguriert sein, um Licht von bestimmten Wellenlängen in einigen Ausführungsformen zu absorbieren und nicht zu reemittieren, zum Beispiel, um unerwünschte Lichtfarben zu vermindern oder zu beseitigen, obwohl dies auf Kosten des Wirkungsgrads gehen kann.
  • In einigen Ausführungsformen können die Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke 706a und 706b Quantentopfstrukturen umfassen. Als solche kann die Stöchiometrie des Absorptionsgebiets verändert werden, um eine gewünschte Absorptionswahrscheinlichkeit zu bieten, während die spektrale Abstrahlung durch die Quantentopfstrukturen verändert werden kann. Zum Beispiel kann die Anzahl an Töpfen, die Topfbreite, Topftrennung, Topfform und/oder Stöchiometrie variiert werden, um die Farbwiedergabe zu verbessern und/oder den Wirkungsgrad zu verändern. In einigen Ausführungsform kann die den Quantentopf umgebende Region spitz zulaufen, um die Diffusion in den Topf zu leiten und/oder zu verstärken.
  • 8 stellt Beispiele für unterschiedliche Topfformen für Quantentopfstrukturen dar, die bei Halbleiterphosphorschichten mit direkter Bandlücke gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Insbesondere stellt 8 Topfstrukturen mit unterschiedlichen Topfformen, Topfbreiten, Topftiefen und/oder Topftrennungen dar. Die Topfstrukturen können sprungförmige Stufen, kontinuierliche Abstufungen und/oder andere Techniken einsetzen, um eine gewünschte Bandlücke zu liefern. Wie in 8 gezeigt, können basierend auf dem einfallenden Licht 800 Elektronen 801e–804e am Leitungsband direkt mit Löchern 801h–804h im Valenzband kombinieren, so dass die Energie der Rekombination über die jeweiligen Bandlücken 801g–804g hinweg als abgestrahltes Licht 805 emittiert werden kann. Die Anzahl und/oder Formen der in 8 gezeigten Töpfe kann modifiziert werden, um eine gewünschte spektrale Abstrahlung für eine gegebene spektrale Einstrahlung zu erreichen. Zum Beispiel kann die Quantentopfbreite modifiziert werden, indem die Quantentopfwachstumszeit eingestellt wird, die Wachstumstemperatur verändert wird und/oder die Partialdrücke der Kammergase eingestellt werden. Die Topfstöchiometrie kann auch eingestellt werden, indem die partiellen Gasdrücke und/oder weitere Wachstumsparameter verändert werden. Derartige Veränderungen können während des Wachstums des Quantentopfs gemacht werden, um einen Topf mit ungleichmäßiger Form (z. B. variierender Stöchiometrie) herzustellen.
  • Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch dotiert werden, um ihre optischen und/oder elektrischen Eigenschaften zu verändern. Zum Beispiel können Dotierungsmittel in die Töpfe durch Einführung eines Quellenmaterials für das Dotierungsmittel in die Wachstumskammer eingebaut werden. Zudem können Halbleiterphosphore mit direkter Bandlücke gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als Leiter, zum Beispiel für elektrische Kontakte, bereitgestellt werden.
  • Das Vorhergehende soll die vorliegende Erfindung erläutern und sollte nicht als diese einschränkend ausgelegt werden. Obwohl einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, werden Fachleute ohne Weiteres erkennen, dass an den Ausführungsbeispielen viele Modifizierungen möglich sind, ohne im Wesentlichen von den neuen Lehren und Vorteilen dieser Erfindung abzuweichen. Demzufolge sollen all solche Modifizierungen innerhalb des Bereichs dieser Erfindung eingeschlossen sein, wie er in den Ansprüchen definiert wird. Daher versteht es sich, dass das Vorhergehende die vorliegende Erfindung erläutert und nicht so ausgelegt werden darf, dass die Erfindung auf die spezifischen beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, und es versteht sich, dass Modifizierungen der beschriebenen Ausführungsformen, sowie weitere Ausführungsformen innerhalb des Bereichs der angehängten Ansprüche eingeschlossen sein sollen. Die Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche definiert, mit Äquivalenten der hier einzuschließenden Ansprüche.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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    • - US 6187606 [0046]
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    • - US 2003/0006418 A1 [0046]
    • - US 2002/0123164 A1 [0046]
    • - US 2004/0056260 A1 [0046]
    • - US 2006/0063289 [0063]

Claims (33)

  1. Leuchte, umfassend: eine erste Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe; eine zweite Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe; und einen Steuerkreis, der elektrisch an die erste und zweite Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe gekoppelt ist.
  2. Leuchte nach Anspruch 1, wobei der Steuerkreis konfiguriert ist, um unabhängig einen Ansteuerstrom an jeweils die erste Festkörper-Multi-Chip-Emitterlampe und die zweite Festkörper-Multichip-Emitterlampe anzulegen.
  3. Leuchte nach Anspruch 2, wobei der Steuerkreis angepasst ist, um die Intensität der Lichtabstrahlung aus der Leuchte zu steuern.
  4. Leuchte nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Steuerkreis angepasst ist, um eine beliebige Farbe und Farbart der Lichtabstrahlung aus der Leuchte zu steuern.
  5. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe eine erste Vielzahl von Festkörperemittern umfasst, die zweite Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe eine zweite Vielzahl von Festkörperemittern umfasst, und der Steuerkreis konfiguriert ist, um unabhängig einen Ansteuerstrom an jeden Emitter der ersten Vielzahl an Festkörperemittern und jeden Emitter der zweiten Vielzahl an Festkörperemittern anzulegen.
  6. Leuchte nach Anspruch 5, wobei der Steuerkreis angepasst ist, um eine unabhängige Pulsweitenmodulationsteuerung für jeden Emitter der ersten Vielzahl an Festkörperemittern und jeden Emitter der zweiten Vielzahl an Festkörperemittern zu liefern.
  7. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 6; wobei der Steuerkreis angepasst ist, um ein Verhältnis von Ansteuerströmen an verschiedene Festkörperemitter anzupassen, um jegliche Intensität, Farbe und Farbart der Lichtabstrahlung aus der Leuchte zu steuern.
  8. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend eine Festkörper-Einzelchip-Emitterlampe, wobei die erste Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe, die zweite Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe bzw. die Festkörper-Einzelchip-Emitterlampe jeweils an einem gemeinsamen Befestigungselement befestigt sind.
  9. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Lichtabstrahlung von mindestens 60 Lumen pro Watt mit einem Farbwiedergabeindex von mindestens 90.
  10. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Lichtabstrahlung von mindestens 85 Lumen pro Watt mit einem Farbwiedergabeindex von mindestens 90.
  11. Leuchte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin umfassend ein erstes Umwandlungsmaterial, das angepasst ist, um Licht aus mindestens einer der ersten Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe und der zweiten Festkörper-Mehrchip-Emitterlampe zu absorbieren und als Antwort darauf Licht zu emittieren.
  12. Festkörperlampe, konfiguriert, um Licht mit einer spektralen Verteilung zu emittieren, die mindestens vier verschiedene Farbmaxima umfasst, wobei die Lampe folgendes umfasst: einen ersten Festkörperemitter, der angepasst ist, um ein erstes Farbmaximum der mindestens vier verschiedenen Farbmaxima umfassendes Licht zu emittieren; einen zweiten Festkörperemitter, der angepasst ist, um ein zweites Farbmaximum der mindestens vier verschiedenen Farbmaxima umfassendes Licht zu emittieren; ein erstes Umwandlungsmaterial, das zumindest teilweise den ersten Festkörperemitter bedeckt, aber den zweiten Festkörperemitter nicht bedeckt, wobei das erste Umwandlungsma terial angepasst ist, um durch den ersten Emitter emittiertes Licht zu absorbieren und als Antwort darauf ein Licht, das ein drittes Farbmaximum der mindestens vier verschiedenen Farbmaxima umfasst, zu reemittieren; ein zweites Umwandlungsmaterial, das zumindest teilweise den ersten Festkörperemitter und den zweiten Festkörperemitter bedeckt, wobei das zweite Umwandlungsmaterial angepasst ist, um durch einen beliebigen der ersten Emitter und der zweiten Emitter emittiertes Licht zu absorbieren und als Antwort darauf ein Licht, das ein viertes Farbmaximum der mindestens vier verschiedenen Farbmaxima umfasst, zu reemittieren.
  13. Festkörperemitter nach Anspruch 12, wobei das erste Umwandlungsmaterial den ersten Festkörperemitter nur teilweise bedeckt.
  14. Festkörperemitter nach Anspruch 12, wobei das zweite Umwandlungsmaterial zumindest einen der ersten Festkörperemitter und der zweiten Festkörperemitter nur teilweise bedeckt.
  15. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiterhin umfassend einen dritten Festkörperemitter, der angepasst ist, um Licht zu emittieren, wobei ein zweites Umwandlungsmaterial den ersten Festkörperemitter, den zweiten Festkörperemitter bzw. den dritten Festkörperemitter jeweils zumindest teilweise bedeckt.
  16. Festkörperlampe nach Anspruch 15, wobei der dritte Festkörperemitter angepasst ist, um Licht zu emittieren, das ein Farbmaximum umfasst, das sich von mindestens drei der mindestens vier verschiedenen Farbmaxima unterscheidet.
  17. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiterhin umfassend: einen dritten Festkörperemitter, der angepasst ist, um Licht zu emittieren, das ein fünftes Farbmaximum umfasst, das sich von jedem dieser vier verschiedenen Farbmaxima unterscheidet; und ein drittes Umwandlungsmaterial, das zumindest teilweise den dritten Festkörperemitter bedeckt, aber den ersten oder zweiten Festkörperemitter nicht bedeckt, wobei das dritte Umwandlungsmaterial angepasst ist, um vom dritten Emitter emittiertes Licht zu absorbieren und als Antwort darauf Licht zu reemittieren, das ein Farbmaximum umfasst, das sich von mindestens drei der mindestens vier verschiedenen Farbmaxima unterscheidet; wobei das zweite Umwandlungsmaterial den ersten Festkörperemitter, den zweiten Festkörperemitter bzw. den dritten Festkörperemitter jeweils zumindest teilweise bedeckt.
  18. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei jedes der ersten und zweiten Umwandlungsmaterialien bezogen auf einander nicht kontaktierend ist.
  19. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei jedes der ersten und zweiten Umwandlungsmaterialien einen Phosphor umfasst.
  20. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei jedes der ersten und zweiten Umwandlungsmaterialien einen Halbleiterphosphor umfasst.
  21. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei jeder der ersten Festkörperemitter und der zweiten Festkörperemitter auf einem üblichen Befestigungselement montiert ist.
  22. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 12 bis 21 mit einer Lichtabstrahlung von mindestens 60 Lumen pro Watt mit einem Farbwiedergabeindex von mindestens 90.
  23. Leuchte nach einem der Ansprüche 12 bis 21 mit einer Lichtabstrahlung von mindestens 85 Lumen pro Watt mit einem Farbwiedergabeindex von mindestens 90.
  24. Festkörperlampe, welche derart konfiguriert ist, um Licht mit einer spektralen Verteilung zu emittieren, die eine Vielzahl an verschiedenen Farbmaxima umfasst, wobei die Lampe folgendes umfasst: einen ersten Festkörperemitter, der angepasst ist, um Licht mit einem ersten spektralen Maximum zu emittieren; einen zweiten Festkörperemitter, der angepasst ist, um Licht mit einem zweiten spektralen Maximum zu emittieren; einen ersten Halbleiterphosphor, der so angeordnet ist, dass er Lichtemissionen aus mindestens einem der ersten Festkörperemitter und der zweiten Festkörperemitter empfängt, wobei der erste Halbleiterphosphor angepasst ist, um Lichtemissionen zu absorbieren und als Antwort darauf Licht mit einem dritten spektralen Maximum zu emittieren; und einen zweiten Halbleiterphosphor, der so angeordnet ist, dass er Lichtemissionen aus mindestens einem der ersten Festkörperemitter und der zweiten Festkörperemitter erhält, wobei der zweite Halbleiterphosphor angepasst ist, um Lichtemissionen zu absorbieren und als Antwort darauf Licht mit einem vierten spektralen Maximum zu emittieren.
  25. Festkörperlampe nach Anspruch 24, wobei das erste spektrale Maximum, das zweite spektrale Maximum, das dritte spektrale Maximum bzw. das vierte spektrale Maximum jeweils im sichtbaren Bereich liegen.
  26. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 25, wobei ein beliebiger des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors einen Halbleiterphosphor mit direkter Bandlücke umfasst.
  27. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei zumindest ein Teil eines beliebigen des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors einen leitfähigen Halbleiter umfasst, der als ein elektrischer Kontakt für die Festkörperlampe dient.
  28. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei ein beliebiger der ersten Halbleiterphosphore und der zweiten Halbleiterphosphore eine Quantentopfstruktur umfasst.
  29. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei ein beliebiger des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors auf mindestens einem der ersten Festkörperemitter und der zweiten Festkörperemitter aufgebracht wird.
  30. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei ein beliebiger des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors unter einer über dem ersten Festkörperemitter und dem zweiten Festkörperemitter angebrachten Linse aufgebracht wird.
  31. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei ein beliebiger des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors auf einem Träger, der einen beliebigen des ersten Festkörperemitters und des zweiten Festkörperemitters trägst, aufgebracht wird.
  32. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 27, wobei ein beliebiger des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors als ein Substrat zum Tragen eines beliebigen des ersten Festkörperemitters und des zweiten Festkörperemitters dient.
  33. Festkörperlampe nach einem der Ansprüche 24 bis 31, wobei ein beliebiger des ersten Halbleiterphosphors und des zweiten Halbleiterphosphors teilweise mit einem beliebigen des ersten Festkörperemitters und des zweiten Festkörperemitters überlappt.
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