发光装置.pdf

本发明涉及一种发光装置，该发光装置包括在加载电压时发射一次射线的发光器件(40；94)和固体颗粒(64，66)，所述固体颗粒至少局部地包围发光器件(40；94)并与一次射线相互作用。所述颗粒(64，66)的粒子数量密度在至少一个背离发光器件(40；94)的方向上从第一粒子数量密度变化到第二粒子数量密度。

1.  一种发光装置，包括：
a)在加载电压时发射出一次射线的发光器件(40；94)；
b)至少局部地包围所述发光器件(40；94)并与所述一次射线相互作用的固体颗粒(64，66)；
其特征在于，
c)所述颗粒(64，66)的粒子数量密度在至少一个背离发光器件(40；94)的方向上从第一粒子数量密度变化到第二粒子数量密度。

2.  根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述颗粒(64，66)包括吸收一次射线并发射二次射线的发光材料颗粒(64)和/或反射颗粒(66)，特别是硫化钡颗粒、亚硫酸钡颗粒、硫酸钡颗粒或氧化钛颗粒。

3.  根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述的颗粒粒子数量密度的变化为减小。

4.  根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述颗粒粒子数量密度均匀地减小。

5.  根据权利要求2至4中任一项所述的发光装置，其特征在于，
a)最大的颗粒粒子数量密度存在于设置成与其它区域相比最靠近发光器件(40；94)的第一区域(68)中；
b)最小的颗粒粒子数量密度存在于与其它区域相比最远离发光器件(40；94)的第二区域(70)中。

6.  根据权利要求5所述的发光装置，其特征在于，所述最大的颗粒粒子数量密度是所述最小的颗粒粒子数量密度的5倍至10000倍，优选10倍至100倍，更优选10倍至20倍。

7.  根据权利要求5或6所述的发光装置，其特征在于，
a)所述最大的颗粒粒子数量密度为每立方厘米500至20000颗粒，优选每立方厘米1000至10000颗粒，更优选每立方厘米5000至10000颗粒，
b)所述最小的颗粒粒子数量密度为每立方厘米2至5000颗粒，优选每立方厘米2至2500颗粒，更优选每立方厘米2至1000颗粒。

8.  根据权利要求2至7中任一项所述的发光装置，其特征在于，通过载体介质(62)使所述颗粒(64，66)相对于发光器件(40；94)保持就位。

9.  根据权利要求8所述的发光装置，其特征在于，所述载体介质(62)是硅树脂材料——特别是弹性硅树脂块——或树脂，特别是环氧树脂或聚酯树脂。

10.  根据权利要求8或9所述的发光装置，其特征在于，所述带有颗粒(64，66)的载体介质(62)占据柱形体积、锥形体积、半球形体积或包括过渡到球形部分的截锥形部分的体积。

11.  根据权利要求8至10中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述带有颗粒(64，66)的载体介质(62)设置在发光装置(10；86)的腔室(60；76；80；84；90)内。

12.  根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述腔室的壁至少局部地由玻璃、塑料，特别是环氧树脂或聚酯树脂制成。

13.  根据权利要求8至12中任一项所述的发光装置，其特征在于，在载体介质(62)中设有多个气泡(104)。

14.  根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于，在载体介质(62)中的气泡(104)浓度的值为每立方厘米500至20000个气泡，优选的值为每立方厘米1000至10000个气泡，更优选的值为每立方厘米3000至5000个气泡。

15.  根据权利要求13或14所述的发光装置，其特征在于，所述气泡(104)的直径为0.1mm至2mm，优选0.1mm至1mm，更优选0.2mm至0.5mm。

16.  根据权利要求1至15中任一项所述的发光装置，其特征在于，所述发光器件(40；94)包括至少一个在加载电压时发射光的半导体结构(40，94)。

17.  根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，所述的至少一个发射光的半导体结构(40；94)在加载电压时发射蓝光。

18.  根据权利要求16所述的发光装置，其特征在于，所述发光器件(40)包括至少一个红光半导体结构(40a)、至少一个绿光半导体结构(40b)和至少一个蓝光半导体结构(40c)。

发光装置
技术领域
本发明涉及一种发光装置/照明装置，该发光装置包括
a)在加载电压时发射一次射线的发光器件；
b)至少局部地包围该发光器件并与一次射线相互作用的固体颗粒。
背景技术
在市场中已有这种发光装置，其中更多地使用具有发射光的半导体结构的发光二极管作为发光器件。特别是使用公知的发光材料颗粒作为与一次射线相互作用的固体颗粒，该发光材料颗粒由具有色心的透明材料制成并吸收与之相遇的射线，其中该发光材料颗粒发射出作为二次射线的、至少是波长不同的射线。因此在适当选择发光材料颗粒或发光材料颗粒混合物的情况下，可将由发光器件发射的射线转换成光谱不同的射线。在这里，与一次射线相互作用的固体颗粒的另一种类型可以是，例如反射或散射与之相遇的射线的反射颗粒。
上述形式的已知的发光装置发出的光线的发射角通常比较小，在120°至160°之间。
发明内容
本发明的目的是，实现一种开头所述类型的发光装置，在该发光装置中改善照明效果，特别是增加发射角。
对于开头所述类型的发光装置，所述目的这样实现：
c)颗粒的粒子数量密度在至少一个背离发光器件的方向上从第一粒子数量密度变化到第二粒子数量密度。
已经证实，在使与一次射线相互作用的颗粒这样地围绕发光器件分布的情况下，可以实现一种发光结构，该发光结构本身几乎在所有的空间方向上发出光。由此可以加大发光装置的发射角。此外加强了发光装置的发光强度。
粒子数量密度表示单位体积内的颗粒数量。
在从属权利要求中给出有利的改进方案。
有利的是，所述颗粒包括吸收一次射线并发射二次射线的发光材料颗粒和/或反射颗粒，特别是硫化钡颗粒、亚硫酸钡颗粒、硫酸钡颗粒或氧化钛颗粒。
如果颗粒粒子数量密度的变化为减小，特别是如果所述颗粒粒子数量密度均匀地减小，则可以实现特别强的照明效果。
如果a)最大的颗粒粒子数量密度存在于设置成与其它区域相比最靠近发光器件的第一区域中并且b)最小的颗粒粒子数量密度存在于与其它区域相比最远离发光器件的第二区域中，则照明效果更好。在这种情况下颗粒粒子数量密度随着与发光器件的距离的增加而减小。
如果最大的颗粒粒子数量密度是所述最小的颗粒粒子数量密度的5倍至10000倍，优选10倍至100倍，更优选10倍至20倍，则实现良好的照明效果。
有利的是，a)最大颗粒粒子数量密度为每立方厘米500至20000颗粒，优选每立方厘米1000至10000颗粒，更优选每立方厘米5000至10000颗粒，和b)最小颗粒粒子数量密度为每立方厘米2至5000颗粒，优选每立方厘米2至2500颗粒，更优选每立方厘米2至1000颗粒。
在制造技术方面有利的是，通过载体介质使所述颗粒相对于发光器件保持就位。
在此特别地证实有利的是，所述载体介质是硅树脂材料——特别是弹性硅树脂块——或树脂，特别是环氧树脂或聚酯树脂。
根据载体介质占据的体积的形状可以实现不同的照明效果。已经证实在光学外观方面照明效果特别好的是，带有颗粒的载体介质占据柱形体积、锥形体积、半球形体积或包括过渡到球形部分的截锥形部分的体积。
对发光器件的制造有利的是，所述带有颗粒的载体介质设置在发光装置的腔室内。
有利的是，所述腔室的壁至少局部地由玻璃、塑料——特别是环氧树脂或聚酯树脂——制成。
如果在载体介质中设有多个气泡，则可以实现有利的照明效果。
此处，已经证实有利的是，在载体介质中的气泡浓度的值为每立方厘米500至20000个气泡，优选的值为每立方厘米1000至10000个气泡，更优选的值为每立方厘米3000至5000个气泡。
优选地，所述气泡的直径为0.1mm至2mm，优选0.1mm至1mm，更优选0.2mm至0.5mm。
如果所述发光器件包括至少一个在加载电压时发射光的半导体结构，则可制成能耗小的发光装置。已知这种发光器件的形式为称作LED的发光二极管。
如果所述的至少一个发射光的半导体结构在加载电压时发射蓝光，则可以使用公知的LED。在此优选地，所述颗粒不仅包括由半导体结构发射的蓝光射线产生白光的发光材料颗粒，还包括继续传导与之相遇的射线的反射颗粒。
也可以选择使所述发光器件包括至少一个红光半导体结构、至少一个绿光半导体结构和至少一个蓝光半导体结构。在这种情况下可以省去发光材料颗粒，而仅使用反射颗粒作为与一次射线相互作用的颗粒。
附图说明
下面借助于附图详细描述本发明的实施例。附图中：
图1示出一灯泡的局部截面图，其中在柱形腔室中设置有施加以发光材料颗粒和反射颗粒的载体介质，
图2示出灯泡的第二实施例的对应于图1的局部截面图，其中所述腔室是锥形的，
图3示出灯泡的第三实施例的对应于图1的局部截面图，其中所述腔室是半球形的，
图4示出灯泡的第四实施例的对应于图1的局部截面图，其中所述腔室具有过渡到球形部分的截锥形部分，
图5示出一发光二极管的截面图，该发光二极管的内腔充满了施加有发光材料颗粒和反射颗粒的载体介质，
图6示出按照图1的灯泡的变型，其中在载体介质中设置有气泡。
具体实施方式
在图1中，以10总体表示灯泡，该灯泡包括一个标准化的接口插座12。该接口插座12例如可以设计成爱迪生螺纹插座E27或E11。也可以使用所有其它的标准接口插座，如卡口式插座、插塞式插座、玻璃挤压式插座(Glasquetschsockel)等。
从接口插座12的接头区向内延伸出两根导线14，16，所述导线以虚线表示。所述导线从接口插座12导引到设置在由接口插座12支承的变压器壳体20内的变压器18。来自变压器18的第一供电导线22穿过冷却体24导引到发光芯片结构28的第一接触区26。来自变压器18的第二供电导线30穿过冷却体24导引到发光芯片结构28的第二接触区32。
所述灯泡10包括一由透光材料(如玻璃或环氧树脂)制成的泡体/灯泡壳34，该泡体与冷却体24限定出灯泡10的内腔36。灯泡10的泡体34必要时可以起汇集光路的作用。
发光芯片结构28包括通过较薄的压焊丝38a，38b，38c，38d和38e串联在发光芯片结构28的接触区26与32之间的四个半导体结构40a，40b，40c和40d，该半导体结构在图1中仅示意性地示出。该半导体结构设置在载体基片46的凹部44的底面42上。载体基片46由蓝宝石玻璃制成，蓝宝石玻璃也称为刚玉玻璃(Al₂O₃玻璃)。
每个半导体结构40都包括三个层，所述层仅在半导体结构40a处配有标记。一贴靠在载体基片46上的底层48是例如由n型GaN或n型InGaN制成的成的n型导电层。中间层50是MQW层。MQW是多量子阱的缩写。MQW材料具有超晶格，所述材料具有按照超晶格结构变化的电子带结构并且相应地发射波长不同的光。通过选择MQW层能够影响由半导体结构40发出的射线的光谱。顶层52由p型导电的III-V族半导体材料(如p型GaN)制成。
载体基片46通过其径向包围凹部44的边缘区域54支承柱形壳体56，该柱形壳体朝向半导体结构40开口，而在背离载体基片46的一侧通过端壁58封闭。该壳体56由塑料制成，可以是清澈透明或磨砂透明的。壳体56与载体基片46共同界定出腔室60，除了载体基片46中的凹部44以外该腔室60也是柱形的。
所述腔室60充满载体介质62，该载体介质在这里所述的实施例中以弹性硅树脂块的形式存在。在硅树脂块62中分布有发光材料颗粒64和反射颗粒66，所述各颗粒通过硅树脂块62相对于半导体结构40保持就位。
在被施加电压时，半导体结构40辐射出波长范围为420nm至480nm的紫外光和蓝光。通过包裹半导体结构40的、具有发光材料颗粒64的硅树脂块62可得到白光灯泡10。发光材料颗粒64由具有色心的固体材料制成。为了将半导体结构40的紫外的和蓝色的一次射线转换成白光，使用三种部分地吸收紫外光和蓝光而本身发射黄光和红光的发光材料颗粒64。如果期望，可以附加地使用本身发射蓝光的发光材料颗粒64。
作为用于反射颗粒66的材料特别是考虑硫化钡、亚硫酸钡、硫酸钡或氧化钛。作为用于反射颗粒66的材料也可以选择使用：氧化钪或硫化锌以及镧的氧化物和稀土元素(Seltenen Erdmetalle)的氧化物，例如氧化铈、氧化钕、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱或氧化镥。
通过反射颗粒66使由半导体结构40发射的射线在硅树脂块62内部继续传导。
发光材料颗粒64和反射颗粒66的粒子数量密度朝向壳体56的端壁58的方向(即朝向背离半导体结构40的方向)变化，该密度朝向所述方向减小。发光材料颗粒64和反射颗粒66的最大粒子数量密度存在于硅树脂块62的设置成在腔室60内最靠近半导体结构40的第一层68上。发光材料颗粒64和反射颗粒66的最小粒子数量密度存在于硅树脂块62的与半导体结构40相距最远的第二层70上，该第二层70贴靠在壳体56的端壁58的内表面上。
在第一层68与第二层70之间设置有以大写字母表示的中间层A至K，其中发光材料颗粒64和反射颗粒66的粒子数量密度朝向壳体56的端壁58的方向逐层地均匀减小。这种(逐层地均匀减小的)情况由每层中示出的发光材料颗粒64和反射颗粒66的数量来表明。在两个相互邻接的层68、A至K与70之间的边界分别由打点的线表示。
根据可由变压器18给定的、使半导体结构40运行的功率，可通过发光材料颗粒64和反射颗粒66在硅树脂块62内的分布得到具有不同的外轮廓的不同的发光结构，所述光结构使观察者例如可以得到火焰或发光球的印象，该发光结构基于半导体结构40而形成。
在图1中，以点划线象征性地表示球形发光结构72a和类似火焰的发光结构72b的外轮廓。球形发光结构72a在灯泡10的运行电压较低时形成，而类似火焰形的发光结构72b在灯泡10的运行电压较高时产生。在运行电压适合地高的情况下，位于腔室60内的整个硅树脂块62在很大程度上发光；而发光结构的形状为柱体。
在制造灯泡10时，可逐层地对腔室60填充稀液的/流质的硅树脂油，该硅树脂油事先与硬化剂/固化剂以及期望的粒子数量密度所需的量的发光材料颗粒64和反射颗粒66相混合。然后，使硅树脂油以公知的方式硬化成弹性硅树脂块62。在第一层硬化后，可以相应地在第一层上制造出另一具有发光材料颗粒64和反射颗粒66的硅树脂材料层62。
为了能够以这种方式填充腔室60，例如可以设置一填充接头，当腔室60被完全填充时，该接头可以被除去或封闭。
已经证实实用的是，分别这样选择发光材料颗粒64和反射颗粒66的粒子数量密度，使硬化的硅树脂块62由人眼看起来是淡乳白至淡黄(gelbtransparent)的。当发光材料颗粒64和反射颗粒66的最大粒子数量密度分别是发光材料颗粒64和反射颗粒66的最小粒子数量密度的5倍至10000倍，优选10倍至100倍，更优选10倍至20倍时，能够实现这一点。
在实践中，发光材料颗粒64和反射颗粒66的最大粒子数量密度分别为每立方厘米500至20000颗粒，优选每立方厘米1000至10000颗粒，更优选每立方厘米5000至10000颗粒，对此，发光材料颗粒64和反射颗粒66的最小粒子数量密度的值分别为每立方厘米2至5000颗粒，优选每立方厘米2至2500颗粒，更优选每立方厘米2至1000颗粒。
在一种变型中，不是应用一个蓝光半导体结构40，而是通过至少组合一个红光半导体结构40a、至少一个绿光半导体结构40b和至少一个蓝光半导体结构40c获得白光，其中不使用第四半导体结构40d。在这种情况下，在硅树脂块62中可不使用的发光材料颗粒64，仅使用以相应的粒子数量密度分布在硅树脂块62中的反射颗粒66。
在另一变型中，载体介质62可以由在硬化状态下透光的树脂制成，例如由环氧树脂或聚酯树脂制成。在这种情况下，载体介质62的层68、A至K和70可分别通过以液体涂敷的树脂层的硬化来获得，为此以公知的方式对树脂添加硬化剂，并使树脂事先与期望的粒子数量密度所需的量的发光材料颗粒64和反射颗粒66相混合。
在另一变型中，可以使载体介质62占据腔室60的相应的体积，而无需由壳体56界定出所述腔室。为此，在载体介质62完全硬化后除去壳体56，因此壳体56用作载体介质62的浇注模具。
在图2，3和4中示出灯泡10的其它实施例，所述灯泡10与图1所示的灯泡10的差别仅在于界定出腔室60的壳体56的形状。在图2，3和4中，出于清晰的原因没有为载体介质62的各个层标出标记，并省去了表示层边界的打点线。因此如果在下文中没有其它的解释，则上文中对按照图1的灯泡10的说明按意义相应地适用于按照图2至4的灯泡10。
在图2的灯泡10中，代替壳体56设置有锥形壳体74，因此载体介质62在除了载体基片46中的凹部44以外的锥形腔室76内占据一锥形的体积。将锥形壳体74设置成，使其尖端背离半导体结构40。在适合的运行电压下，这样设计的发光结构也可以具有锥形形状。
在图3的灯泡10中，代替壳体56设置有半球形壳体78，因此载体介质62在除了载体基片46中的凹部44以外的半球形腔室80内占据一半球形的体积。将半球形壳体78设置成，使其拱顶背离半导体结构40。在适合的运行电压下，这样设计的发光结构也可以具有半球形形状。
在图4的灯泡10中，代替壳体56设置有包括过渡到球形部分82b的截锥形部分82a的壳体82。壳体82通过其截锥形部分82a放置在载体基片46的边缘区域54上。因此载体介质62在腔室84内占据相应的体积，该腔室84除了载体基片46中的凹部44以外具有一截锥形区域和一半球形区域。在适合的运行电压下，这样设计的发光结构也可以具有相应的形状。
在图5中示出一发光二极管86，该发光二极管86包括一球形透明的壳体88和一可取下的封盖件88a。壳体88界定出腔室90，在该腔室90中设置对应于载体基片46的载体基片92，该载体基片92支承有半导体元件94，该半导体元件94对应于半导体元件40。载体基片92由穿过封盖件88a向外延伸并且不可动地与封盖件88a连接的第一接线端子96保持。第二接线端子98同样穿过壳体88的与该第二接线端子固定连接的封盖件88a，从发光二极管86的腔室90向外延伸。在发光二极管86中，壳体88起按照图1至4的灯泡10中的腔室60的作用。
半导体元件94经由压焊丝100和102与接线端子96，98相连接，从而能够经由所述压焊丝(为半导体元件94)加载运行电压。
如同上文中结合按照图1至4的灯泡10所述的，发光二极管86的腔室90充满有载体介质62，在该载体介质62中分布有发光材料颗粒64和反射颗粒66。
如果使用弹性硅树脂块作为载体介质62，则可在制造发光二极管86时，在取下封盖件88a的情况下逐层地为壳体88填充稀液的硅树脂油，该硅树脂油事先与硬化剂以及期望的粒子数量密度所需的量的发光材料颗粒64和反射颗粒66相混合。然后以公知的方式使硅树脂油硬化成弹性的硅树脂块62。在第一层硬化之后，可在第一层上相应地制造另一层具有发光材料颗粒64和反射颗粒66的硅树脂材料62。为此可为壳体88设置填充接头，该填充接头在这里未示出。
发光二极管86可以在几乎360°的范围上发出光。
在实践中，根据图1至4的灯泡10的腔室60，76，80，84的和发光二极管86中的腔室90的在必要时平均的直径为：例如1mm至300mm，优选1mm至200mm，更优选3mm至30mm。在实践中，腔室60，76，80，84或90的从半导体结构40或半导体结构94起的高度为：例如3至300mm，优选3mm至150mm，更优选10mm至60mm。
在图6中示出另一灯泡10，它与按照图1的灯泡10的差别仅在于，在腔室60中的中间层D至K中除了发光材料颗粒64和反射颗粒66以外还存在气泡104，在图6中仅为一个气泡配有标记。
各层D至K的气泡104例如在上述的逐层地填充腔室60时产生。这例如可以这样实现，即在填充腔室前，将其中含有硬化剂的、添加了期望的粒子数量密度所需的量的发光材料颗粒64和反射颗粒66的、稀液的硅树脂油强烈地搅动从而大致被搅拌，由此使空气以气泡104的形式进入硅树脂油中。必要时也可以首先产生气泡104，然后才为含有气泡104的硅树脂油添加所述的期望的粒子数量密度所需的量的发光材料颗粒64和反射颗粒66。
例如可以由搅拌强度或搅动器或搅拌器的结构形式来影响在各层内的气泡104的浓度。在实践中已经证实有利的是，气泡104的浓度的值为每立方厘米500至20000个气泡，优选的值为每立方厘米1000至10000个气泡，特别优选的值是每立方厘米3000至5000个气泡。这里，气泡104的直径优选为0.1mm至2mm，优选0.1mm至1mm，特别优选0.2mm至0.5mm。
在灯泡10的这个实施例中，这样选择由三个底层A、B和C给定的厚度，使含有气泡104的层D设置成与半导体结构40相距的距离为1mm至10mm。
在层68，A，B，C和70中不设置气泡104。然而，在一变型中，也可以以上述形式在这些层内或者在这些层之中的几个内加入气泡104。
已经证实，如果在硅树脂块62中存在气泡104，可以实现灯泡10的其它的照明效果。
如上所述，对于图1至4和6的相应灯泡10，可以以不同的方式制成带有发光材料颗粒64、反射颗粒66和/或气泡104的硅树脂块62的层68，A至K和70，例如，通过逐层地填充各壳体56，74，78或82，然后在发光芯片结构28上安置硬化的层68，A至K和70，其中可以将相应的壳体56，74，78或82一起装配或事先除去所述壳体。也可以选择通过公知的注塑方法直接在发光芯片结构28上安装层68，A至K和70，并使其在该位置处硬化。这种制造方式特别适用于大批量生产。
形式为层68，A至K和70的硅树脂块62的外轮廓不局限于由上述壳体56，74，78或82限定的外轮廓。通过使用其它壳体或由注塑方法的特殊造型可使由层68，A至K和70形成的硅树脂块62根据需要形成外轮廓。另外，层68与70之间的层数可以变化。