照明设备的制作方法

照明设备的制作方法
【专利摘要】提出一种用于空间照明的照明设备，所述照明设备具有：带有反射的装配面（89）的承载板（8），在所述装配面上设置有多个彼此间隔开的发射光的半导体芯片（1）；并且还具有沿着放射方向设置在发射光的半导体芯片（1）的下游的半透明的或透明的放射板（20），所述放射板带有背离发射光的半导体芯片（1）的光耦合输出面（29），其中放射板（20）具有多个凹陷部（22），所述凹陷部分别设置在至少一个半导体芯片（1）的下游，并且其中每个凹陷部（22）在朝向半导体芯片（1）的内表面（28）上与发射光的半导体芯片（1）间隔地具有扩散材料和/或波长转换材料（21）。
【专利说明】照明设备【技术领域】
[0001]提出一种照明设备，例如用于空间照明的照明设备。
[0002]相关申请
[0003]本专利申请要求德国专利申请10 2011 112 710.4的优先权，其公开内容通过参考并入本文。
【背景技术】
[0004]为了空间照明需要高的光强，由此在应用发光二级管(LED)作为光源时也能够形成高的废热。已知的基于LED的光源因此通常在尤其考虑到芯片材料和散热材料的情况下构造并且通常具有借助于风扇空气流对冷却体进行冷却的主动冷却装置。
[0005]为了产生混合色彩的并且尤其为白色的光，基于LED的光源通常具有发光二级管芯片，所述发光二级管芯片单独地设有发光材料。为了在光源具有多个这种带有单独的发光材料的基于LED的光源的情况下能够形成统一的色彩印象，从一开始就必须通过精确地选择发光二级管芯片和发光材料层来极其准确地调整分别放射的色彩。从中得到对准确的色彩测量技术和对半导体芯片的准确的生产控制的高的要求。
[0006]此外，用于基于LED的光源的典型的镇流器大多实施成零电势的紧凑的开关电源，所述开关电源通常能够具有高达20%的显著的功率损耗。

【发明内容】

[0007]特定的实施形式的至少一个目的是提出一种照明设备，所述照明设备具有多个发射光的半导体芯片。
[0008]所述目的通过根据独立权利要求的主题来实现。主题的有利的实施形式和改进形式的特征在从属权利要求中描述并且此外从下面的描述和附图中得出。
[0009]根据至少一个实施形式，照明设备具有承载板，在所述承载板上设置有多个彼此间隔开的发射光的半导体芯片。特别地，照明设备能够适合于空间照明。
[0010]根据另一个实施形式，承载板具有塑料材料并且例如尤其能够具有塑料板或塑料层。此外，承载板能够在表面上或在内部中具有带状导体或电接触带，借助于所述带状导体或电接触带能够电接触发射光的半导体芯片。此外，承载板例如能够具有金属层和/或金属板。例如，承载板能够具有与金属板或金属薄膜粘接的塑料层。金属板或金属薄膜例如能够设置在承载板的背离半导体芯片的后侧上。
[0011]根据另一个实施形式，承载板具有反射的装配面，在所述反射的装配面上设置有多个发射光的半导体芯片。反射的装配面尤其能够通过金属传导层形成，即例如通过具有反射的金属的所施加的层形成。金属传导层例如也能够提供用于半导体芯片的电连接并且至少部分地以带状导体、接触带和/或连接面的形式构成。金属传导层例如能够蒸镀或者以光学的方式结构化并且接下来以电解的方式加强。也可行的是，通过另外的方法压印金属传导层并且接下来 以热学的和/或化学的方式制造期望的结构。替选于此也可行的是，以平面的方式通过粘接来施加所冲出的金属薄膜。特别地，金属传导层能够施加在塑料薄膜或塑料板上。
[0012]根据另一个实施形式，通过粘接、例如借助于导电粘接剂，或者通过焊接将半导体芯片施加到金属传导层上。也可行的是，发射光的半导体芯片借助背离承载件的接触连接部通过接合、即通过所谓的接合线电连接在金属传导层上。
[0013]根据另一个实施形式，沿着放射方向在发射光的半导体芯片的下游设置有半透明的或透明的、即漫射透视的或透光的放射板，所述放射板具有背离发射光的半导体芯片的光耦合输出面。放射板能够具有透明的或半透明的材料或者由其制成，例如塑料材料或玻
3? ο
[0014]放射板例如能够构成为散射盘，所述散射盘尤其结合承载板的反射的装配面具有无眩光(blendfreie)的光I禹合输出面。
[0015]根据另一个实施形式，放射板在多个发射光的半导体芯片的每一个之上具有凹陷部，其中凹陷部中的每一个在朝向半导体芯片的内表面上具有扩散材料和/或波长转换材料。凹陷部在此具有使得扩散材料或波长转换材料与半导体芯片间隔开的尺寸。
[0016]根据另一个实施形式，凹陷部构成为是截球形(kalottenfdrmig )的。在此特
别的是，凹陷部能够以球截面或椭圆截面的形式构成，使得相应的内表面具有球形壳或椭圆形壳的形状。凹陷部例如能够通过压制而加入到放射板中。也可行的是，在制造放射板时同时制造凹陷部。如果放射板具有塑料或玻璃或者由其制成，那么在放射板成形时例如通过浇注来加入凹陷部。也可行的是，以滚压法加入凹陷部。
[0017]根据另一个实施形式，凹陷部构成为是相同的，即尤其具有相同的形状和相同的大小。替选地，也可行的是，凹陷部构成为是不同的。
[0018]根据另一个实施形式，分别将刚好一个发射光的半导体芯片设置在各一个凹陷部中。此外，刚好一个凹陷部能够设置在半导体芯片中的每一个的下游。
[0019]根据另一个实施形式，凹陷部具有比发射光的半导体芯片的侧向长度大至少两倍的直径。此外，凹陷部能够具有小于或等于发射光的半导体芯片的侧向长度的二十倍的直径。在此，相邻的凹陷部优选能够彼此间隔开。替选于此也可行的是，相邻的凹陷部过渡到彼此中。
[0020]根据另一个实施形式，将放射板固定在承载板上。例如，放射板能够借助于固定的但是能够再次拆卸的连接可能性来固定在承载板上。例如，放射板能够借助于夹紧钉与承载板连接。例如能够构成为塑料钉或塑料铆钉的夹紧钉能够从放射板的光放射面穿过放射板和承载板伸展至承载板的后侧，在那里所述夹紧钉与夹紧钉帽以夹紧连接的方式来连接。放射板和承载板为此能够具有孔，夹紧钉穿过所述孔伸出。替选于夹紧钉也能够应用另外的连接销，例如螺栓。此外，放射板也能够以可横向移动的方式固定在承载板上，例如借助连接销、如夹紧钉或偏心螺钉以及承载板和/或放射板中的孔眼或孔来固定，所述孔眼或孔与连接销相比具有更大的直径或者例如实施成长形孔。此外，也能够设有另外的、已知的固定和校准可能性以及校准调整辅助装置，借助于所述固定和校准可能性以及校准调整辅助装置能够将两个较大的板以可横向移动的方式彼此准确配合地校准和固定。
[0021]根据另一个实施形式，发射光的半导体芯片适合于放射在从紫外辐射至红外辐射的波长范围中的光、尤其优选是可见光。在此，一个或多个或全部的半导体芯片能够放射单色的光或也能够放射混合色的光，例如白色光。为此，半导体芯片能够具有发射光的半导体层序列，所述半导体层序列直接地放射单色的光，或者在所述半导体层序列上附加地施加有呈发光材料层、发光材料小板或包含发光材料的浇注件的形式的波长转换元件，所述波长转换元件能够将由半导体层序列产生的辐射的至少一部分转换成具有不同波长的光。半导体芯片尤其能够构成为外延生长的半导体层序列或者分别具有外延生长的半导体层序列。半导体层序列能够具有砷化物化合物半导体材料、磷化物化合物半导体材料和/或氮化物化合物半导体材料，所述砷化物化合物半导体材料、磷化物化合物半导体材料和/或氮化物化合物半导体材料在其成分方面并且在其层构造方面根据所期望的光构成。特别地，一个或多个或全部的半导体芯片能够在没有相应的壳体本体的情况下直接地安装在承载体本体上、即尤其安装在反射的装配面上。
[0022]根据另一个实施形式，半导体芯片是彼此相同的并且至少放射基本上相同的光。在此，“基本上相同的光”和“相同的半导体芯片”在这里并且在下文中表示:由各个半导体芯片放射的光以及还有半导体芯片的组成能够在通常的生产变化的范围中略有不同。特别地，半导体芯片优选能够放射蓝色的光。半导体芯片的光能够如下面继续详述的那样借助于波长转换材料而部分地转换成其他颜色的光，使得照明设备能够放射混合色的光。
[0023]根据另一个实施形式，使用发射不同颜色的半导体芯片，所述半导体芯片能够仅在被照明的位置处实现所期望的混合色的、尤其白色的照明。由此，光放射板能够具有不同颜色的光点，而照明效果通过半导体芯片的各个不同颜色的混合和叠加产生。由此，也能够可行的是，在光放射面上以明确彩色可读的方式书写例如信息，例如交通信息、提示文本或标识如公司标识，而通过在要照明的位置上设置不同颜色的半导体芯片例如感知到白色的光。这种不寻常的经验至今为止例如仅从吊灯的磨光的玻璃棱镜中已知，其中从白色的光中人工地产生灯的彩色的区域。
[0024]根据另一个实施形式，将半导体芯片彼此间隔开地设置在承载板上，使得各两个直接彼此相邻的半导体芯片的间距为半导体芯片的侧向长度的多倍。半导体芯片的典型的侧向长度例如能够小于或等于几毫米、尤其小于或等于I毫米。
[0025]根据另一个实施形式，半导体芯片以每平方厘米大约I个半导体芯片的密度分布在承载板上。
[0026]将半导体芯片间隔开地设置在承载板上能够在损耗功率占据量小的同时实现大的辐射面积，这就是说，在发射光的半导体芯片运行时产生的损耗热量在承载体中均匀地分布进而不会形成所谓的“热点”。
[0027]特别地，照明设备能够具有与由于彼此间隔的发射光的半导体芯片所引起的小的损耗功率占据量相关联的大的光放射面积，由此以简单的方式经由承载板并且经由放射板的光耦合输出面可以实现从半导体芯片到周围空气的有效的热量传递。特别地，在此能够有利的是，金属传导层与由半导体芯片所占据的面积相比具有显著更大的面积，由此实现在承载板上的有效的热量分布。同时能够如上面描述的那样，将半导体芯片导电地粘接到或焊接到金属传导层上，使得金属传导层同时具有接触连接部并且能够用于供电。如果承载板具有施加有金属传导层的绝缘层、例如塑料层，并且绝缘层具有对于接触可能性的足够高的电绝缘，那么例如也能够将发射光的半导体芯片全部连接至电网电势。在此，能够应用具有为半导体芯片的相应的单独电压的几倍的电压的简单的、低损耗的电源。在更下面描述适当的电路的一个实施例。
[0028]虽然各个半导体芯片的通过金属传导层扩展的热流必须穿过绝缘层流动至承载板的后侧，然而其热阻与承载板和空气之间的过渡部相比通常是显著更小的。半导体芯片在承载板上、尤其在金属传导层上的最大密度基本上通过在最大大约low/ (K.m2)的自然
对流下的物理受限的空气热量传递系数(Luft-WSrme-Clbertragungszahl)来确
定，其中自然对流还能够通过最好为相同数量级的热放射来补充。
[0029]根据另一个实施形式，承载板在装配面上和/或在与装配面相对置的后侧上具有多个连接片。连接片例如能够以连接片形的隆起部或轮廓凸起的形式构成。通过连接片例如能够实现承载板的稳定性的提高。例如，承载板在连接片之间能够具有大约0.5mm至大约2mm的厚度，而连接片能够具有0.3mm至2mm数量级的连接片高度，其中分别包括边界值，由此能够为承载板的材料提供机械强度进而提供抵抗弯曲和扭曲的安全性。承载板的弯曲和扭曲应当避免，因为其能够导致半导体芯片在装配面上的焊接裂纹或粘接裂纹。
[0030]放射板能够在朝向承载板的一侧上具有槽，将存在于承载板的装配侧上的连接片设置在所述槽中。由此，也能够实现提高承载板和放射板之间的连接的稳定性。
[0031]此外，设置在与装配面相对置的后侧上的连接片尤其能够例如也用于冷却。为了冷却尤其有利的是，设置在后侧上的连接片伸展成使得所述连接片平行于主冷却空气流，因此在自然对流的情况下垂直于照明设备的稍后的运行定向。换言之，后侧的连接片能够尤其优选地在设置用于运行的照明设备中沿着重力方向伸展。
[0032]因此，通过在垂直的空气流动方向上呈实现烟囱效果的例如具有轮廓凸起的形式的连接片、尤其是后侧的连接片，能够实现机械加固并且同时实现表面扩大以用于改进到掠过的空气、即对流的热传递，也用于改进热放射。
[0033]根据另一个实施形式，放射板在光耦合输出面上具有连接片形的结构。借助所述连接片形的结构能够实现与通过承载板的连接片实现的类似的效果。此外，通过光耦合输出面上的连接片形的结构也能够影响照明设备的放射特性。
[0034]根据另一个实施形式，承载板或至少承载板的背离装配面的后侧具有可良好地热放射的材料或覆层。特别地，良好的热放射理解为下述热发射度，所述热发射度在大约50°C至大约100°C的温度范围中尽可能地接近I。这种热发射度例如能够借助于玻璃作为承载板的材料来实现。在承载板的后侧的覆层的情况下，覆层尤其能够是粗糙的，例如通过发热体颜料或适当的漆或上釉来形成。
[0035]根据另一个实施形式，承载板的与装配面相对置的后侧通过金属板或金属薄膜形成。金属板或金属薄膜例如能够具有上面描述的连接片和/或上面描述的放射热量的表面覆层。在金属板或金属薄膜形成承载板的后侧的情况下，放射热量的表面覆层例如也能够构成为阳极氧化层。此外，也可行的是，后侧的金属板或金属薄膜设置用于连接用于照明设备的地线。
[0036]根据另一个实施形式，在发射光的半导体芯片的下游分别设置有波长转换材料。在此，如在上文中描述的那样，波长转换材料能够以发光材料的形式直接地设置在半导体芯片上。但是，尤其优选地，将波长转换材料设置在放射板的凹陷部中。也可行的是，不仅直接地在半导体芯片上、而且也在设置在半导体芯片下游的凹陷部的内表面上分别构成有波长转换材料，其中波长转换材料能够是相同的或不同的，以便实现期望的放射特性。[0037]根据另一个实施形式，凹陷部中的相应的波长转换材料适合于将由各自相关联的发射光的半导体芯片所放射的初级光转换成与其不同的次级光。初级光和次级光能够包括在红外至紫外波长范围中、尤其在可见波长范围中的一个或多个波长和/或波长范围。例如，初级光能够具有由紫外至绿色波长范围构成的波长范围，而次级光能够具有由蓝色至红外波长范围构成的波长范围。尤其优选的是，初级光和次级光以叠加的方式造成白色的发光印象。为此，初级光优选能够造成蓝色的发光印象并且次级光造成黄色的发光印象，所述黄色的发光印象能够通过次级辐射在黄色波长范围中的光谱分量和/或在绿色和红色波长范围中的光谱分量形成。
[0038]波长转换材料能够具有下述材料中的一种或多种:稀土的和碱土金属的石榴石，例如YAG:Ce3+、氮化物、次氮基娃酸盐、Sione、娃招氧氮聚合物(Sialone)、招酸盐、氧化物、卤素磷酸盐、正硅酸盐、硫化物、钒酸盐和氯代硅酸盐。此外，波长转换材料能够附加地或替选地包括有机材料，所述有机材料能够选自:二萘嵌苯、苯并芘、香豆素、若丹明和偶氮颜料。凹陷部中的波长转换材料能够相应地具有所述材料的组合和/或适当的混合物。
[0039]波长转换材料的一种或多种材料能够以颗粒的形式构成，所述颗粒能够具有2 μ m至10 μ m的大小。
[0040]根据另一个实施形式，在凹陷部的内表面上设置有扩散材料，所述扩散材料尤其能够具有散射颗粒或者由其构成，所述散射颗粒例如能够具有金属氧化物，即例如为氧化钛或氧化铝如刚玉，和/或玻璃颗粒或由其构成。散射颗粒在此能够具有小于一微米至10微米或还至100微米数量级的直径或微粒大小。
[0041]此外，扩散材料和/或波长转换材料能够嵌入到透明的基体材料中和/或以化学的方式结合于所述基体材料。透明的基体材料例如能够具有呈单体、低聚物或聚合物的形式的硅氧烷、环氧化物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、酰亚胺、碳酸酯、烯烃、苯乙烯、氨基甲酸乙酯或其衍生物也还有与其的混合物、共聚物或化合物。例如，基体材料能够包括或者能够为环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯酸脂、聚氨基甲酸乙酯或硅树脂、如聚硅氧烷或其混合物。
[0042]凹陷部中的相应的扩散材料和/或相应的波长转换材料能够均匀地分布在基体材料中。此外，在一个或多个或全部凹陷部中能够分别设置有扩散材料的和/或波长转换材料的所述材料中的多种材料的组合，所述多种材料能够混匀或者存在于不同的层中。
[0043]根据另一个实施形式，扩散材料和/或波长转换材料在内表面上层状地构成。由此，扩散材料和/或波长转换材料尤其能够以与各自相关联的发射光的半导体芯片间隔开的方式设置在凹陷部中。扩散材料和/或波长转换材料能够均匀地分布在凹陷部的内表面之上，替选于此也可行的是，波长转换材料例如通过沉积方法或另外适合的方法关于其成分和/或关于其厚度不均匀地施加在凹陷部中，以便例如实现期望的彩色亮度效果和彩色辐射效果。
[0044]根据另一个实施形式，放射板在至少一些或也在全部凹陷部中在朝向半导体芯片的内表面上具有波长转换材料，所述波长转换材料在分别朝向半导体芯片的一侧上具有反射层，所述反射层对于由波长转换材料所转换的次级辐射而言是反射的并且对于由半导体芯片放射的初级光而言是可穿透的。反射层例如能够以所谓布拉格反射器的形式以多层方法施加。[0045]在波长转换材料与半导体芯片间隔开地设置在凹陷部的内表面上的情况下，波长转换材料能够与半导体芯片热分离。由此能够避免:在波长转换材料中形成的、在将半导体芯片的初级光转换成次级光时形成的所谓的斯托克斯转换损耗热量加热半导体芯片。更确切地说，转换损耗热量能够经由放射面输出给光耦合输出面处的周围空气，由此波长转换材料并且还有半导体芯片与在波长转换材料直接设置在半导体芯片上的情况下相比能够更冷地保持。此外，凹陷部的内表面上的波长转换材料在半导体芯片之上提供相对于直接的芯片覆层而言更大的转换层面积，由此初级光在波长转换材料中的功率密度更小。由此，期待波长转换材料的显著更小的老化退化。
[0046]此外，通过凹陷部的内表面上的扩散材料和/或波长转换材料，在没有附加的扩散措施的情况下直接观察光耦合输出面时，由于发射光的半导体芯片而引起的眩光效果小至使得在观察者处不会出现不舒适的后果。
[0047]根据另一个实施形式，承载板装配有发射光的半导体芯片。例如，半导体芯片在运行时能够全部放射相同的光、尤其是蓝色光。关于各个半导体芯片的造成各自放射的光的稍微不同的色度坐标和/或波长范围的制造公差能够借助于半导体芯片的短暂的运行和优选快速的光谱测量来确定。从中能够算出波长转换材料的相应的成分和厚度以及其在放射板的凹陷部的内表面上的相应的分布，这对能够在整个放射板之上放射尽可能均匀亮且相同颜色的、例如白色的光是必需的。例如，在由半导体芯片放射稍微不同的蓝色波长的情况下，能够计算相应的不同的材料和/或波长转换材料的成分和/或波长转换材料的不同厚度。特别地，通过光谱测量的数据能够调节用于放射板的凹陷部中的波长转换材料的例如自动进行的、单独控制的覆层过程，使得通过匹配的波长转换材料能够补偿半导体芯片的色彩波动。
[0048]由此可行的是，从更大的色彩和亮度公差范围中选择和构造半导体芯片，因为不必为每个芯片实施耗费的单独的色彩补偿。更确切地说，实现对承载件上的全部、例如超过100个发射光的半导体芯片进行光谱测量，在所述光谱测量之后，能够在自动化过程中对放射板的凹陷部进行单独覆层，此后将放射板与承载件组合在一起。
[0049]根据另一个实施形式，放射板具有分布的散射颗粒以用于放射板中的漫散射。例如在制造放射板时能够一起熔合的散射颗粒例如能够具有上面描述的扩散材料。此外，也可行的是，放射板在光耦合输出面上具有透射的、散射光的覆层。尤其有利地，散射体和/或覆层在30°C至80°C的温度范围中具有尽可能高的吸收度或者散射度。
[0050]此外，也可行的是，放射板在光耦合输出面上具有例如呈凹部或隆起部的形式的散射结构，所述散射结构能够均匀地或随机地分布在光耦合输出面上。附加地或替选地，也可行的是，放射板在与光耦合输出面相对置并且朝向承载板的一侧上具有散射覆层或结构。
[0051]根据一个尤其优选的实施形式，照明设备在装配面上具有尤其优选地空间上彼此分离的、即间隔开的发射光的半导体芯片，在所述半导体芯片的下游设置有具有凹陷部的放射板，其中在凹陷部中设置有波长转换材料。与通常应用的昂贵的铝承载件或铜承载件或相应的金属芯印刷电路板相比，优选地通过塑料层或塑料板上的金属传导层能够形成良好的导热，半导体芯片电连接于并且同时也热连接于所述金属传导层。通过将半导体芯片设置在承载板上和设置在半导体芯片下游的放射板，各个半导体芯片能够满足关于其大小和功率以及还有关于其各自放射的色度坐标限制的要求。优选地，放射板除了凹陷部中的波长转换材料之外还具有在光放射面上的和/或在与光放射面相对置的表面上的和/或呈嵌入体积部中的散射颗粒的形式的散射结构。此外，与尤其在承载板的后侧上的上面描述的连接片的组合是尤其有利的，以便在机械强度和加固的同时实现简单并且尽管如此仍足够的冷却效果。
[0052]根据另一个实施形式，放射板在至少一些凹陷部之上具有透镜状的表面结构。表面结构尤其能够作为凸出部、即凸形地构成在光耦合输出面上。也可行的是，透镜状的表面结构以凹进部的形式、即凹形地、作为凹部伸入到光耦合输出面中。通过透镜状的表面结构能够可行的是，尤其为照明设备的远场根据期望来优化放射性能。在此，不必在全部凹陷部之上进而不必在全部发射光的半导体芯片之上存在透镜状的表面结构。但是，也能够可行的是，在凹陷部中的每一个之上设置有透镜状的表面结构，使得对每个凹陷部存在刚好一个凸出部或凹进部。透镜状的表面结构能够如上面针对凹陷部所描述的那样在制造放射板时同时被一起加入，例如通过压制或滚压方法或者通过浇注过程，通过所述浇注过程例如由塑料材料或玻璃来制造放射板。也可行的是，透镜状的表面结构尤其在由透光的或透射的材料制成凸形的凸出部的情况下在滚压方法中后续地施加到放射板的光耦合输出面上。在此，透镜状的表面结构的材料能够是与用于放射板的材料相同的或者不同的材料。
[0053]根据另一个实施形式，照明设备具有用于运行照明设备的半导体芯片的电路。例如能够实现以电网电压来运行照明设备的电路例如能够在照明设备的馈电部中具有非零电网电势(nicht netzpotentialfreies)的镇流器,所述镇流器带有桥式整流器、限流的串联电容器和限制接通电流的小的串联电阻器。由此，承载板能够连同半导体芯片和放射板尤其精致地构成。替选于此也可行的是，电子电路的一些部件、例如镇流器集成到照明设备中。
[0054]在此描述的照明设备根据所详述的特征和实施形式例如能够是无眩光的。此外，热量例如能够直接地输出给环境、即空间空气，而不必忍受附加的风扇和与其关联的噪声发展。此外，能够简单地进行机械安装，其中同时能够实现电接触和导热以及高压绝缘、例如至4kV的高压绝缘。
【专利附图】

【附图说明】
[0055]另外的优点、有利的实施形式和改进形式从下面结合附图描述的实施例中得出。
[0056]附图示出:
[0057]图1示出根据一个实施例的照明设备的示意图；
[0058]图2A至7C示出根据另外的实施例的照明设备的示意图；
[0059]图8示出根据另外的实施例的照明设备在空间中的布置的示意图；和
[0060]图9示出用于运行根据另一个实施例的照明设备的电子电路的示意图。
【具体实施方式】
[0061]在实施例和附图中，相同的、同类的或起相同作用的元件能够始终设有相同的附图标识。所示出的元件和其相互间的大小关系不能够视作为合乎比例的，更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸张大地示出个别元件，例如层、构件、器件和区域。
[0062]在图1中示出根据第一实施例的照明设备100的部分。照明设备100具有多个发射光的半导体芯片1，所述发射光的半导体芯片设置在承载板8上。承载板在所示出的实施例中具有塑料板或塑料层，金属传导层作为反射的装配面89设置在所述塑料板或塑料层上，所述金属传导层除了反射由发射光的半导体芯片I所发射的初级光之外也能够用于半导体芯片I的电连接。
[0063]半透明的或透明的放射板20沿着放射方向设置在发射光的半导体芯片I的下游，所述放射板具有光耦合输出面29，所述光耦合输出面背离半导体芯片I并且经由所述光耦合输出面能够将由半导体芯片I所发射的光从照明设备100中放射。放射板20在发射光的半导体芯片I之上具有凹陷部22，其中凹陷部22中的每一个都具有内表面28，在所述内表面上设置有波长转换材料21。替选于或附加于波长转换材料21，也能够在凹陷部22的内表面28上设置有扩散材料。
[0064]半导体芯片I例如能够放射蓝色光，所述蓝色光由波长转换材料22部分地转换成黄色的和/或绿色的和红色的次级光，使得照明设备100在运行时放射白色光。
[0065]发射光的半导体芯片I在所不出的实施例中全部放射相同的光。这尤其能够表示:半导体芯片I放射蓝色光，所述蓝色光在生产变化的范围中并非是精确相同的，而是在半导体芯片之间能够是不同的。为了在光耦合输出面29之上实现均匀的色彩分布，半导体芯片I在装配承载板8的反射的装配面89之后能够以光谱的方式依次被测量。根据半导体芯片I的相应的色度坐标，在每个相关联的凹陷部22中的波长转换材料21能够相应地在其成分和/或其厚度方面相匹配，以便在所放射的亮度方面和所放射的色度坐标方面实现在光放射面29之上的尽可能高的均匀度。
[0066]在所示出的实施例中，始终在刚好一个半导体芯片I的下游设置有凹陷部22。替选于此也可行的是，在凹陷部22之内设置有多个半导体芯片I。半导体芯片I作为相对小的单元大面积地a分别在承载件8的装配面89上。尤其优选的是，承载件8每平方厘米具有大致一个半导体芯片I。由此,能够实现大的辐射体面积和小的损耗功率占据量。
[0067]放射板20由能够是透明的、即透光的或半透明的、即漫射透射的玻璃或塑料材料制成。透射效果例如能够通过在放射板20之内的散射体或通过在放射板20的光放射面29上或在与光放射面29相对置的一侧上的表面结构或覆层来实现。
[0068]照明设备100能够以任意的大小实施并且例如能够具有多于100个发射光的半导体芯片I。用于运行照明设备100的适当的电路结合图9示出。
[0069]照明设备的在下面的附图中示出的实施例示出在图1中示出的照明设备100的改变和改进。
[0070]对图1中的实施例的照明设备100附加地，根据在图2A和2B中的实施例的照明设备101在承载板8的背离半导体芯片I的后侧88上还具有多个连接片33，其中图2A和2B分别局部示出照明设备101的光耦合输出面29的俯视图和示意剖面图。所述连接片一方面用于加固承载板8进而加固整个照明设备101，然而也适合于增大承载板8的后侧88的表面，以便实现承载板8和周围空气之间的更好的热传递。例如，连接片33能够以轮廓凸起的形式实施，所述轮廓凸起与照明设备101在运行期间的布置相关地优选沿着空气流动方向设置以实现烟囱效果。通过这样实现的对流能够实现到掠过的空气的热量输出的改进。
[0071]在所示出的实施例中，承载板8和放射板20借助于夹紧钉31彼此连接。所述夹紧钉构成为塑料钉，穿过放射板20和承载板8伸出并且与设置在承载板8的后侧88上的夹紧钉帽32夹紧。通过也能够实施为塑料铆钉的夹紧钉31和也能够称作为配对夹紧帽的夹紧钉帽32，放射板20和承载板8固定地但是也可再次拆卸地钉在一起。
[0072]在图3中示出照明设备102的另一个实施例。所述照明设备具有构成为所谓的倒装芯片的半导体芯片1，所述半导体芯片设置在承载件8的金属传导层4上并且导电地连接到所述金属传导层上。为此，在半导体芯片I的后侧的芯片金属接触层2和金属传导层4的连接区域之间设置有例如呈导电粘接剂或焊料层的形式的连接层6。半导体芯片I还借助于透明的浇注件18浇注在金属传导层4上，使得通过浇注件18能够实现对金属传导层4的接触保护。
[0073]承载件8还具有塑料板，金属传导层4施加在所述塑料板上，并且所述承载件的后侧88具有连接片33。承载板8的塑料板在所示出的实施例中具有大约0.5mm至大约2mm的厚度dl，而设置在其上的放射板20具有大约Imm至大约2mm的厚度d2，其中分别包括边界值。承载板8的后侧88上的连接片33具有大约0.3mm至大约2mm的高度，使得通过连接片33能够显著地加固照明设备102进而能够实现防止弯曲和扭曲的机械强度，否则所述弯曲和扭曲能够导致金属传导层4和半导体芯片I的连接层6中的裂纹。
[0074]除了馈电之外，金属传导层4如在概论部分中描述的那样也用于在半导体芯片I中在运行时产生的损耗热量的热量分布，所述损耗热量能够经由金属传导层4有效地且大面积地传递到承载板8上。为了经由承载板8的后侧88将热量更好地放射给周围空气，在所述后侧上施加有表面覆层34、例如呈发热体颜料形式的表面覆层，所述发热体颜料在50°C至100°C的温度范围中、例如优选在大致80°C的情况下具有尽可能接近I的高的热发射度。这种温度能够相应于照明设备102的典型的运行温度。
[0075]如在图3中可明显识别的那样，放射板20具有截球形的凹陷部22，所述凹陷部是球形的或椭圆形的并且所述凹陷部优选被压制或浇注。凹陷部22还具有相应于分别设置在凹陷部22中的半导体芯片I的侧向长度的至少两倍的直径。设置在凹陷部22的内表面28上的由波长转换材料21构成的层能够由此与相应的半导体芯片I热分离地设置，由此能够实现在上面的概论部分中描述的优点。
[0076]替选于在凹陷部22的内表面28上具有波长转换材料21的所示出的实施例，也能够可行的是，将波长转换材料直接地施加到半导体芯片I上并且凹陷部22的内表面28设有另外的波长转换材料21和/或扩散材料。
[0077]此外，放射板20具有散射颗粒25以及在光放射面29和背离光放射面29的表面上具有散射结构23和24，借助于所述散射结构和所述散射颗粒，放射板20看上去是漫射透视的进而是半透明的。此外，放射板20具有嵌入的散射颗粒。通过散射结构23、24和散射颗粒25能够实现所放射的亮度的和所放射的色彩印象的均匀度的改进。此外，照明设备102对于光放射面29 —侧的观察者而言能够被察觉为没有造成干扰的炫目效果。散射结构23和24能够通过压制或浇注构成。替选于所示出的实施例，也能够仅存在散射颗粒25或仅存在散射结构23和/或24。
[0078]在图4中示出照明设备103的另一个实施例，所述照明设备与上述实施例的照明设备102相比具有带有绝缘的塑料层41的承载板8，在所述塑料层上设置有作为反射的装配面89的金属传导层4并且背离所述金属传导层设置有金属板或金属薄膜22。金属板或金属薄膜42和绝缘的塑料层41例如能够彼此粘接。金属板或金属薄膜42例如根据适用的电气安装准则与地线43连接。由此也能够附加地实现相对于电网的可能存在的交变电场的屏蔽。
[0079]金属板或金属层42还在形成承载板8的后侧88的一侧上具有漆层或阳极氧化层或者另外的覆层34，所述漆层或阳极氧化层或者另外的覆层尤其在室温稍微提高的情况下在大约10 μ m的波长范围中具有尤其高的热功率放射系数。这能够通过上釉或阳极氧化来实现或者也能够通过发热体颜料来实现，所述发热体颜料例如也能够构成为是彩色的并且不是黑色的。
[0080]如果例如借助于锡铟焊料通过焊接将半导体芯片I固定在金属传导层4上并且连接于所述金属传导层，那么绝缘的塑料层41对于在几秒的焊接期间的短暂的加热相应地构成为是耐抗的。替选地，借助于导热和导电的粘接剂进行粘接也是可行的，所述粘接剂也能够以热辅助的方式粘接。
[0081]在图5中示出照明设备104的另一个实施例，其中与上述实施例相比，形成承载板8的后侧的金属板42具有用于改进机械强度和刚性以及也用于改进导热的连接片33。
[0082]照明设备104的放射板20还在凹陷部20之上具有透镜状的表面结构26。在所示出的实施例中，透镜状的表面结构26构成为凸形的隆起部。替选于此，在放射板20的相应的厚度的情况下，透镜状的表面结构26例如也能够构成为凹形的凹进部。优选地，凸出部22和分别设置在其上的透镜状的表面结构26相互定心地设置。此外，优选也将半导体芯片I在凹陷部22中相对于所述凹陷部定心地设置。
[0083]透镜状的表面结构26例如能够在制造放射板20时通过相应的浇注和压制来构成。此外也可行的是，透镜状的表面结构26后续地通过相应的方法、例如滚压方法用与放射板20相比相同的或不同的材料来模制。即使在所示出的实施例中凹陷部22和透镜状的表面结构26示出为是球形的，所述表面结构和凹陷部例如为了优化在全部放射方向上的相同的色彩放射而能够非球状地成形。
[0084]在图6中不出照明设备105的另一个实施例,所述照明设备在光放射面29上具有透镜状的表面结构26。借助于虚线在图6中示出由半导体芯片I直接放射的初级光的以及由凹陷部22中的波长转换材料21产生的次级光的光程。
[0085]初级光通过透镜状的表面结构被聚束，而由波长转换材料21几乎以朗伯辐射分布放射的次级辐射虽然也被聚束，然而具有与直接放射的初级光不同的放射特性。通过将半导体芯片适当地设置在承载板8上以及例如通过如散射颗粒、散射覆层或散射结构的附加的散射措施能够实现:光放射面29使具有初级光的各个光点是可识别的，而在要照明的位置处感知到初级光和次级光的均匀的重叠。
[0086]为了改进由波长转换材料21放射的次级光的放射，在波长转换材料21的朝向半导体芯片I的一侧上设置有反射层27，所述反射层对于由半导体芯片I产生的初级光而言是可穿透的并且所述反射层对于由波长转换材料21产生的次级光而言是反射的。反射层27例如能够以布拉格过滤器的形式构成。
[0087]在图7A至7C中示出照明设备106的另一个实施例。图7A和7B的示意剖面图在此沿着根据图7C中的俯视图的连接片36或33伸展。借助于虚线分别表明在图7A和7B中在相应的投影面中没有示出的元件。
[0088]所示出的照明设备106既在反射的装配面89上、也在与所述反射的装配面相对置的后侧88上具有连接片33和36，所述连接片彼此垂直地伸展。由此，与上述实施例相比能够实现照明设备106的机械强度和刚性的提高。放射板20具有槽30，在所述槽中设置有构成在反射的装配面89上的连接片36。
[0089]在图8中示出照明设备在空间中的布置的实施例。在图8中示出的照明设备107至112例如能够根据上述实施例中的一个或多个实施。
[0090]照明设备107和108水平地且竖直地设置在示例示出的空间的壁中或壁上。在设置在壁上的情况下，照明设备优选安装在壁前方，使得后方通风是可行的，而在设置在壁中的情况下，导热能够通过壁来进行。
[0091]照明设备109和110水平地且竖直地设置在房间面角落中，而照明设备111相对彼此倾斜对称地设置在空间顶部上。照明设备112例如水平地或者相对于水平线倾斜地以由空间顶部悬挂的方式设置，并且例如能够呈流动翼状(Stromungsflugelform )构成。
[0092]根据照明设备107至112的水平的或竖直的布置，承载件本体8的在上述实施例中示出的连接片33能够沿着重力方向定向，以便实现对流流动以用于冷却。
[0093]在图9中示出电子电路200，所述电子电路适合于运行上述实施例的照明设备。通过电子电路200，能够简单地在具有火线L、零线N和地线SL的230V交变电网上运行和触发所描述的照明设备，其中电子电路200的一些部件能够低成本地、可靠地且简单地构造成镇流器并且能够具有良好的有效功率因数和高的效率。
[0094]电子电路200具有电路部件91、92和93，其中电路部件93能够通过在上文中示出的照明设备100至112中的一个形成。
[0095]构成为所谓的接通盒的电路部件91用于调整用于应当经由构成为镇流器的电路部件92运行称作电路部件93的照明设备的电功率。
[0096]也能够是空间设备的一部分或者也能够集成在电路部件92中的电路部件91的开关SI和S2分别用于通过下述方式来调整照明设备的半功率:照明设备的发射在图9中用D表示的光的各一半的半导体芯片能够通过开关SI和S2接通。通过将最大功率分配到两个可借助于开关SI和S2开关的电回路中，能够在电回路中的一个发生故障的情况下实现防止完全失效的保险。开关S3用于调整小功率，例如用于夜光功能。
[0097]为了借助于开关部件I的开关SI和S2触发电路部件93中的照明设备，照明设备
也具有带有多个串联的半导体芯片的两个分离的电回路。对于高的功率因数(COSip )而
言，半导体芯片串联的总正向电压应当位于有效交流电压的数量级中或稍微位于其下。例如也在图4的实施例中示出，电路部件93中的照明设备借助于保护接触部Sch连接于地线SL0
[0098]实施成镇流器的电路部件92能够与电路部件93、即照明设备分离地构成在照明设备的馈电部中或者替选于此也能够以集成在照明装置中的方式构成。电路部件92在所示出的实施例中具有限流的串联电容器Cl和C2，所述串联电容器具有在C = Im/(π -f.(Us-Uc))数量级中的高的电压强度和电流脉冲强度，其中Im是施加在半导体芯片上的平均电流，f是电网频率，Us是电网峰值电压并且Uc是半导体芯片串联电路的总正向电压。例如，对于50Hz交流电网并且有效值为230V并且照明设备具有20W的电功率并且半导体芯片正向电压为大约200V的情况，电流Im计算为20W/200V=0.1A并且串联电容计算为大约5 μ F。
[0099]用于小功率的电回路中的电容器C3为了将半导体芯片的运行电流限制成可经由开关SI和S2开关的电流支路中的电流的期望的极小部分而具有电容器Cl和C2的电容的相应的极小部分。为了将用于小功率的电回路中的运行电流Im’限制成运行电流Im的1/100，电容器C3的电容在所示出的实施例中因此例如为50nF。
[0100]电路部件92还具有接通限制电阻器R，所述接通限制电阻器位于有效电压为UefT并且损耗功率为P的大约0.03Ueff2/P的数量级中，这在所示出的实施例中在损耗功率小于1.5W的情况下相应于大约80欧姆的电阻器。电容器C4和C5在所示出的实施例中位于大约2nF的数量级中，而电容器C6和C7实施成具有大约I μ F至大约5 μ F的电容的电解电容器。此外，电路部件92具有整流单元BI和Β2，所述整流单元构成为用于至2Α的电流的桥式整流器，以便相对于接通脉冲而言是抗负荷的。
[0101]替选于所示出的实施例，电路200也能够具有仅一个电流支路，例如可经由开关SI开关的电流支路。
[0102]包含在所示出的各个实施例中的特征和改进形式也能够分别单独地或以组合的方式存在于照明设备中，即使当这些特征和改进形式没有明确示出时也如此。此外，根据在概述部分中描述的实施形式的特征能够替选地或附加地设在实施例中。
[0103]本发明不局限于根据实施例进行的描述。相反地，本发明包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。
【权利要求】
1.一种用于空间照明的照明设备，所述照明设备具有: -承载板(8)，所述承载板具有反射的装配面(89)，在所述装配面上设置有多个彼此间隔开的发射光的半导体芯片(I); -沿着放射方向设置在发射光的所述半导体芯片(I)的下游的半透明的或透明的放射板(20)，所述放射板具有背离发射光的所述半导体芯片(I)的光耦合输出面(29)， -其中所述放射板(20)具有多个凹陷部(22)，所述凹陷部分别设置在至少一个半导体芯片(I)的下游， -其中所述凹陷部(22)中的每一个在朝向所述半导体芯片(I)的内表面(28)上与发射光的所述半导体芯片(I)间隔地具有扩散材料和/或波长转换材料(21)。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中所述凹陷部(20)是截球形的。
3.根据权利要求1或2所述的照明设备，其中所述凹陷部(20)分别具有下述直径，所述直径以大于或等于2并且小于或等于20的倍数大于所述半导体芯片(I)的侧向长度。
4.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述放射板(20)在所述光耦合输出面(29 )上在至少一些凹陷部(22 )之上具有透镜状的表面结构(26 )。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中各发射光的半导体芯片(I)设置在各凹陷部(22)中。
6.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中反射的所述装配面(89)通过金属传导层(4)形成。
7.根据权利要求6所述的照明设备，其中通过所述金属传导层(4)电连接发射光的所述半导体芯片(I)。
8.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述承载板(8)在所述装配面(89)上和/或在与所述装配面(89)相对置的后侧(88)上具有多个连接片(33、36)。
9.根据权利要求8所述的照明设备，其中所述放射板(20)具有槽(30)，在所述槽中设置有所述承载板(8)的存在于所述装配层(89)上的连接片(36)。
10.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述承载板(8)的与所述装配面(89 )相对置的后侧(88 )通过金属板或金属薄膜(42 )形成。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述承载板(8)的与所述装配面(89)相对置的后侧(88)具有放射热量的覆层(34)。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述放射板(20)为了漫散射而具有分布在所述放射板(20)中的散射颗粒(25)和/或在与所述光耦合输出面(29)相对置的后侧上的散射结构(23)和/或在所述光耦合输出面(29)上的半透明的覆层和/或散射结构(24)。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述放射板(20)在所述凹陷部(22)中的每一个中在朝向所述半导体芯片(I)的所述内表面(28)上具有波长转换材料(21)，所述波长转换材料将由所述半导体芯片(I)放射的光转换成转换光，并且其中在所述波长转换材料(21)的分别朝向所述半导体芯片(I)的一侧上分别设置有反射层(27)，所述反射层对所述转换光是反射的并且对由所述半导体芯片(I)放射的光是能穿透的。
14.根据上述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述放射板(20)借助于夹紧钉(31)与所述承载板(8)连接。
【文档编号】F21K99/00GK103917819SQ201280043743
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2011年9月7日
【发明者】雷蒙德·奥伯施密德, 马丁·默克 申请人:欧司朗股份有限公司