LED-basierte Lichtquelle

Technisches Gebiet Die Erfindung geht aus von einer LED-basierten Lichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um eine sog. LED light engine, Leuchte oder LED.

Stand der Technik

Die US 2009/058256, US 2007/215890 und US 2010/019261 offen ^¬ baren eine LED-basierte Lichtquelle, die Leuchtstoffe direkt auf dem Chip oder davon beabstandet verwendet.

Die US 2010/025700 und die 2007/274093 offenbart eine LED- basierte Lichtquelle für Hinterleuchtung, die auf aufwendige Weise mittels zweier LED-Gruppen warm-weiße Lichtfarben im Bereich 2500 bis 4500 K erzeugt. Die JP2009026672 verwendet zwei weiße LEDs mit unterschiedlicher Farbtemperatur.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünsti ^¬ ge Lösung für eine hochwertige LED-basierte Lichtquelle be ^¬ reitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An- spruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen fin ^¬ den sich in den abhängigen Ansprüchen.

Die neuartige Lösung bezieht sich auf LED-basierte Lichtquel ^¬ len, vor allem LED-basierte Lampen oder Leuchten oder Module oder sog. Light Engines, die auf der teilweisen Konversion von Licht von LEDs durch eine LeuchtstoffSchicht basieren, so dass insgesamt ein bestimmter, z.B. warmweißer, Farbeindruck entsteht .

Beim Stand der Technik gilt bisher folgendes:

Die Konversion kann dabei in einer ersten Ausführungsform chipnah erfolgen. Für die Applikation der Leuchtstoffe kommen alle etablierten Konversionstechniken in Frage, beispielsweise Volumenverguss , Keramikkonverter, elektrophoretische Ab- scheidung (EPD) , Sedimentation, oder Verwendung mittels Siebdruck, Rakeln oder durch Sprayen hergestellter Plättchen aus Leuchtstoff und einem Matrixmaterial (CLC/Layer Transfer) . Alternativ können LED-Chip (s) und Leuchtstoff räumlich ge ^¬ trennt sein, also das sog. Remote-Phosphor-Konzept benutzen. Dabei kann der Leuchtstoff in einer Matrix, beispielsweise Kunststoff, Polymer, Glas, Silikon o.ä eingebettet sein, die z.B. als eine Art Kuppel oder Platte über der LED bzw. den LEDs angebracht ist.

Als Variante der beiden grundlegenden Konversionskonzepte ist es bekannt, blaue LEDs und rote LEDs zu kombinieren, sog. Brilliant-Mix-Lösung, wobei das Licht der blauen LEDs entwe- der chipnah oder über ein Remote Phosphor Element konvertiert wird. Außerdem ist ein sog. Hybrid-Remote-Konzept bekannt, das auch unter dem Namen Magenta-Konzept bekannt ist. Es han ^¬ delt sich um ein Remote Phosphor Konzept, bei dem ein Teil des Lichts der blauen LEDs über einen chipnahen roten Leucht- Stoff in rotes Licht konvertiert wird.

Die grundlegenden Konversionskonzepte einer chipnahen Anbringung des Leuchtstoffs bzw. Remote Phosphor Konzept besitzen verschiedene Vor- und Nachteile. Das Remote Phosphor-Konzept hat häufig Vorteile hinsichtlich der Effizienz, da die LED- Chips nicht direkt durch einen chipnahen Leuchtstoff erwärmt werden, wodurch die Chips kühler und effizienter bleiben. Daneben kann ein Effizienzvorteil vorhanden sein, wenn der Bereich innerhalb des Remote Phosphor Elements eine höhere Reflektivität als der Chip besitzt.

Ein gravierender Nachteil des Remote-Phosphor-Konzepts ist die fehlende Kühlmöglichkeit des Leuchtstoffes mit Hilfe des Chips. Dadurch werden je nach Leistung der LED-basierten

Lichtquelle besondere Anforderungen an das Matrixmaterial des Remote Phosphor Elements gestellt, da bei der Konversion von Licht im Remote-Phosphor-Element mehr oder weniger Abwärme entsteht. Des weiteren hat das Remote-Phosphor-Konzept einen deutlich höheren Leuchtstoffbedarf . Aus ästhetischer Sicht stellt ein Remote-Phosphor-Element häufig einen Nachteil dar. Beispielsweise führt seine gelbe oder orange Farbe zu einem unerwünschten farblichen Eindruck der LED-basierten Lichtquelle. Dieser wird oft durch ein zusätzliches Streuelement reduziert. Allerdings wird damit auch die Effizienz redu ^¬ ziert .

Normalerweise werden für das Remote-Phosphor-Konzept blaue LEDs ohne chipnahe Konversion verwendet. Diese sind prinzi ^¬ piell kostengünstiger als entsprechende weiße LEDs mit chip- naher Konversion. Dennoch werden derzeit blaue LEDs zum Teil teurer angeboten, weil weiße LEDs und insbesondere LEDs für Hinterleuchtung (Backlighting Unit) in deutlich größerer Menge produziert und angeboten werden. Daher hat die Remote- Phosphor-Technologie zusätzlich zu den höheren Leuchtstoff- kosten teilweise den Nachteil, dass es weniger Angebot für die benötigten blauen LEDs gibt und diese noch dazu teurer sind als weiße LEDs. Außerdem sind für die Brilliant-Mix- Lösung zusätzlich rote LEDs erforderlich

Die erfindungsgemäße Lösung sieht eine Kombination von chip- naher Konversion und Remote Phosphor vor, sie beruht also auf einem Partial-Remote-Phosphor-Konzept . Dabei wird das Licht der blauen LEDs teilweise chipnah konvertiert, so dass der Zielfarbort noch nicht allein durch die chipnahe Konversion getroffen wird. Der zweite Schritt der Konversion erfolgt über ein (oder mehrere) Remote Phosphor Element (e) , die einen oder mehrere Leuchtstoffe und zusätzliche Streuer enthalten können. Der rote Anteil des Spektrums kann dabei entweder zum Teil chipnah oder zum Teil über das Remote Phosphor Element erzeugt werden. Daneben kann das Partial Remote Phosphor Konzept auch mit dem Brilliant-Mix-Konzept oder mit dem Hybrid- Remote-Konzept kombiniert werden.

Durch Verwendung des Partial-Remote-Phosphor-Konzepts , also der Kombination von teilweiser chipnaher Konversion und Remo- te Phosphor-Konzept, ergeben sich mehrere Vorteile gegenüber der Lösung, entweder die Konversion nur chipnah oder nur über Remote Phosphor durchzuführen:

Es können LEDs verwendet werden, bei denen ein Teil des blau ^¬ en Lichts bereits chipnah konvertiert wird, z.B. LEDs mit kaltweißem Farbort oder LEDs für Backlight Units (Farbort z.B. x=0.274 und y=0.255 oder z.B. x = 0.265 und y =0.227) oder LEDs mit einem Farbort im Bereich zwischen dem Farbort einer blauen LED und einem kaltweißen Farbort. Für diese LEDs gibt es teilweise ein größeres Angebot und der Preis kann niedriger sein als für entsprechende blaue LEDs (ohne chipna ^¬ he Konversion) .

Es können viele verschiedene Lampentypen nur durch die Anpas ^¬ sung des Remote Phosphor Elements realisiert werden. Durch Verwendung geeigneter Leuchtstoffe im Remote Phosphor Element kann man insgesamt einen breiten Bereich von Farborten abdecken (zwischen dem Farbort der LED und dem Farbort von einem Leuchtstoff bzw. den Farborten von mehreren Leuchtstoffen). Dadurch können z.B. ein sehr breiter Farbraum (z.B. warmweiß 2000 K bis kaltweiß 8000 K) , verschiedene CRI-Varianten (z.B. CRI 70 bis 100) oder unterschiedliche Lumen-Pakete abgedeckt werden. Im Gegensatz dazu benötigt man bei einer reinen klassischen chipnahen Konversion für jeden Lampentyp jeweils passende LEDs . Partial Remote Phosphor (und auch Remote Phosphor an sich) ist hervorragend geeignet für eine Plattform-Strategie (d.h. es sollen möglichst viele Komponenten der Lampe bei vielen Lampentypen gleich sein) . Hier könnten neben Heatsink, Trei- ber usw. auch die LEDs (bzw. LED Light Engines / Chips on

Board) für mehrere Lampentypen verwendet werden, wodurch man größere Stückzahlen einkaufen und die Kosten reduzieren kann. Verglichen mit einer kompletten Remote Phosphor Lösung (ohne teilweise chipnahe Konversion) wird beim Partial Remote Phos- phor Konzept weniger Hitze im Remote Phosphor Element er ^¬ zeugt, da ein Teil des Lichts bereits chipnah konvertiert wurde. Dadurch kann man auch bei höherem Lichtstrom des Bauteils noch relativ temperaturempfindliche Matrixmaterialien (z.B. Kunststoff/Polymer) für das Remote Phosphor Element verwenden.

Gegenüber der kompletten Remote Phosphor Lösung kann außerdem der gesamte Bedarf an Leuchtstoff im Remote Phosphor Element niedriger sein. Das kann zum einen die Leuchtstoff-Kosten senken, zum anderen kann sich ein ästhetischer Vorteil erge- ben, da das Remote Phosphor Element einen weniger farbigen (z.B. gelb oder orange) Eindruck erweckt.

Gegenüber einer reinen klassischen chipnahen Konversion kann man mit dem Partial Remote Konzept eine höhere Effizienz er ^¬ zielen, da die LED Chips durch die nur teilweise chipnahe Konversion weniger stark erwärmt werden. Außerdem kann man den Bereich unter dem Remote Phosphor Element mit einer höheren Reflektivität gestalten im Vergleich zu der Reflektivität der Chips .

Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. LED-basierte Lichtquelle mit mindestens einem Chip oder LED und einem Leuchtstoff, der dem Chip oder der LED vorgeschaltet ist, wobei der Leuchtstoff in unmittelbarer Nä ^¬ he des Chip in thermischem Kontakt angeordnet ist, so dass ein LUKOLED-System vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Leuchtstoff beabstandet vom Chip ohne thermische Kopplung dem LUKOLED-System vorgeschaltet ist, wobei die LUKOLED weiß einer bestimmten Farbtempera ^¬ tur abstrahlt und wobei die Lichtquelle weiß einer anderen Farbtemperatur oder mit anderem CRI abstrahlt.

LED-basierte Lichtquelle nach Vorschlag 1, dadurch gekenn ^¬ zeichnet, dass die LUKOLED Konfektionsware ist.

LED-basierte Lichtquelle nach Vorschlag 1, dadurch gekenn ^¬ zeichnet, dass die Wärmebrücke zusätzlich mit einem Mittel zur Wärmespreizung ausgestattet ist.

LED-Modul nach Vorschlag 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Wärmespreizung eine Dampf enthaltender Hohlraum ist, insbesondere ein Hohlraum in einem Metallrohr .

LED-Modul nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Körper aus offenporigem Graphitschaum ist, der mindestens eine Seitenfläche aufweist.

LED-Modul nach Vorschlag 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper ein Quader mit Seitenflächen ist, insbesondere mit Schmalseiten und Breitseiten.

LED-Modul nach Vorschlag 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seitenfläche mit der Wärmebrücke in ther ^¬ mischem Kontakt stehen. LED-Modul nach Vorschlag 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper mindestens eine zweite Seitenfläche besitzt, wobei mindestens eine zweite Seitenfläche mit Schlitzen versehen ist.

9. LED-Modul nach Vorschlag 1, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul eine light engine ist. 10. LED-Modul nach Vorschlag 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper zwei einander gegenüberliegende zweite Seiten ^¬ flächen mit Schlitzen aufweist, wobei die Schlitze auf den beiden zweiten Seitenflächen gegeneinander versetzt sind.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs- beispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer LED-basierten Lichtquelle;

Figur 2-7 LED-basierte Lichtquellen gemäß dem Stand der

Technik; Figur 8-13 LED-basierte Lichtquellen gemäß der Erfindung;

Figur 14-15 LED-Lampen bzw. LED-Module gemäß der Erfindung;

Figur 16 zeigt das Grundprinzip der Erfindung;

Figur 17 bis 26 zeigt jeweils paarweise das Emissions- spektrum einer weißen LED und den Farbort der light engine ohne und mit einem Remote-Phosphor-Element für vier verschiedene Ausführungsbeispiele. ₀

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Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine LED-basierte Lichtquelle 1 mit einem LED- Modul, insbesondere eine light engine, deren konkreter Aufbau für die Erfindung keine Rolle spielt. Sie verwendet das Par- tial-Remote-phosphor-Konzept .

Dabei sitzt beispielsweise ein Chip 2 auf einem Substrat 3, wobei direkt auf dem Chip eine Schicht Leuchtstoff 4 ange ^¬ bracht ist. Somit findet chipnahe Teil-Konversion statt. Der Leuchtstoff ist beispielsweise grün oder gelb emittierend. Er konvertiert einen gewissen Teil der blauen Strahlung des Chip.

Über dem Chip spannt sich eine beabstandete Kuppel 5. Das teilkonvertierte Licht (schwarzer Pfeil) des Chips gelangt zur Kuppel 5, an der ein Remote-Phosphor-Element 6 unterge ^¬ bracht ist. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass die Kuppel mit Leuchtstoff beschichtet ist oder im Material der Kuppel Leuchtstoff dispergiert ist oder indem ein Plättchen mit Leuchtstoff in die Kuppel eingelassen ist. Außer dem Leuchtstoff kann die Kuppel selbst oder ein separates Remote- Phosphor-Element 6, das daran befestigt ist, ein zusätzliches Streumittel wie Ti02 enthalten.

Ein Teil des teilkonvertierten Lichts wird durch das Remote- Phosphor-Element 6 konvertiert, so dass die gesamte Strahlung (weißer Pfeil) beispielsweise weiß ergibt oder einen speziel ^¬ len Farbeindruck hervorruft.

Figur 2 zeigt einen Stand der Technik für eine LED-basierte Lichtquelle 1 mit chipnaher Konversion. Dabei wird weißes Licht chipnah dadurch erzeugt, dass auf einem Substrat 3 ein Chip 2 sitzt, dem oberflächennah direkt oder mittels aufgesetzter Matrix ein oder mehrere Leuchtstoffe 4 vorgeschaltet sind. Typisch ist der Chip blau emittierend und ein Teil des Lichts wird durch einen gelb emittierenden oder auch durch zwei Leuchtstoffe, die grün und rot emittieren, längerwellig verschoben .

Figur 3 zeigt ein ähnliches Konzept einer LED-basierte Licht ^¬ quelle 1, wobei der Chip 2 mit den oberflächennahen Leucht- Stoffen in Schicht 4 in einem Gehäuse 7 sitzt und wobei dem Gehäuse eine Streuscheibe 8 als Deckplatte vorgeschaltet ist. Figur 4 zeigt eine rein auf dem Remote-Phosphor-Konzept ba ^¬ sierende LED 10 mit Kuppel 11. Dabei sind alle Leuchtstoffe von dem Chip, der blau emittiert, räumlich beabstandet. Sie sitzen insbesondere auf der Kuppel 11 als Innenschicht 12, zusammen mit einer weiteren Schicht 13, die Streumittel ent ^¬ hält. Auch hier ist die einfachste Lösung das sog. BY- Konzept, also die teilweise Wandlung der blauen Primärstrahlung des Chips in gelb (Blue-Yellow) . Eine bessere Farbwie- dergabe wird mittels zweier Leuchtstoffe erzielt, die vor der Kuppel 11 angeordnet sind und die blaue Primärstrahlung kon ^¬ vertieren, wobei sie grün bzw. rot emittieren (RGB-Konzept ) . Figur 5 zeigt das gleiche Prinzip, wobei die Schichten der Leuchtstoffe 12 und Streumittel 13 auf einer Deckplatte 8, die vom Chip 2 beabstandet ist, angebracht oder eingebracht sind .

Figur 6 zeigt eine LED-basierte Lichtquelle 1, die das sog. Brilliant-Mix-Konzept verwendet. Dabei sitzen auf einem Sub ^¬ strat sowohl eine blau emittierende LED 2a als auch eine rot emittierende LED 2b. Nur das Licht der blauen LED wird direkt chipnah durch eine LeuchtstoffSchicht 4 teilkonvertiert.

Sinnvoll ist dabei eine Gelb-Konversion bis Grün-Konversion. Die Mischung der Strahlung beider LEDs ergibt wieder weißes Licht (weißer Pfeil) .

Figur 7 zeigt schematisch eine LED-basierte Lichtquelle 1, die das sog. Brilliant-Mix-Konzept verwendet, mit Remote- Phosphor-Lösung. Dabei wölbt sich eine gemeinsame Kuppel 11 über eine blau und eine rot emittierende LED 2a und 2b. In der Kuppel 11 sitzen Leuchtstoffe 15 und Streumittel 16 (schematisch dargestellt) , die das blaue Licht teilweise kon ^¬ vertieren, aber das rote Licht, abgesehen von der Streuung, ungehindert passieren lassen.

Figur 8 zeigt schematisch das Magenta-Konzept . Dabei wird ein Paar von blau emittierenden LEDs 2a, 2c verwendet, die nicht notwendig die gleiche Peakwellenlänge aufweisen müssen. Die Strahlung der ersten LED 2a wird ungehindert zu einer Kuppel 11 geschickt, die beabstandet angebracht ist. Die Strahlung der zweiten LED 2c wird chipnah durch eine geeignete Schicht 4 langwellig konvertiert, insbesondere zu rot bzw. magenta. In der Kuppel 11 oder an der Kuppel ist wieder ein Leucht ^¬ stoff 15 angebracht, ggf. zusätzlich auch Streumittel 16, wo ^¬ bei der Leuchtstoff das blaue Licht teilweise in gelbes bzw. grünes Licht konvertiert. Insgesamt wird auch hier weißes Licht erzeugt.

Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer LED-basierten Lichtquelle 1 gemäß der Erfindung, die das Partial-Remote- phosphor-Konzept verwendet. Dabei sitzt in der Ausnehmung ei ^¬ nes Gehäuses 7 eine LUKOLED, also eine LED, bei der der Chip 2 bereits einer chipnahen Konversion zu weiß unterzogen wird. Dies geschieht mittels einer chipnahen Schicht 4 aus Leucht ^¬ stoff oder Leuchtstoffen. Dabei emittiert diese LUKOLED ins ^¬ besondere kaltweiß oder es handelt sich um eine LED, die für backlighting gedacht war und daher preisgünstig war. Das Ge- häuse 7 ist mit einer Abdeckscheibe 8 versehen, an der oder in der weitere Leuchtstoffe 15 und ggf. Streumittel 16 unter ^¬ gebracht sind. Diese weiteren Leuchtstoffe dienen dazu, die Lichtfarbe des primären weiß zu verändern. Beispielsweise wird dabei sekundär die Lichtfarbe warmweiß oder neutralweiß oder tageslichtähnliches weiß bis hin zu skywhite erzeugt. Ein Konzept der Erfindung ist also die Modifizierung der Farbtemperatur, insbesondere gezielt zu niedrigeren Farbtemperaturen hin, mit einem Delta von mindestens 100 K, bevorzugt 200 K bis hinzu 1500 K. Konkret lässt sich die Farbtem- peratur von neutralweiß oder kaltweiß (hier 4000 bis 4800 K) hin zu warmweiß (typisch 2600 bis 3200 K) verschieben. Typische Vertreter für primäres weiß sind LEDs für backlighting units (BLU) mit einer Lichtfarbe von tageslichtweiß bis hin zu skywhite oder sogar noch höher.

Figur 10 zeigt das Partial-Remote-phosphor-Konzept angewendet auf eine LED-basierte Lichtquelle 1 unter Verwendung des Brilliant-Mix-Konzepts . Dabei wird eine erste LED bzw. ein Chip 2a verwendet, dessen primäre Strahlung blau ist und de- ren Strahlung von einem chipnah angebrachten Leuchtstoff 4 teilkonvertiert ist. Der Leuchtstoff emittiert gelb oder grün. Die LED 2a ist insgesamt wieder beispielsweise kaltweiß emittierend oder ursprünglich zur Verwendung bei backlighting units gedacht. Daneben ist eine zweite LED 2b auf demselben Substrat 3 angeordnet, die rot emittiert. Das Licht beider

LEDs trifft auf eine sich über beide LEDs wölbende Kuppel 5. In der Kuppel oder an der Kuppel sind weitere Leuchtstoffe 15 und ggf. Streumittel 16 untergebracht, die das Licht beider LEDs mischen bzw. zu einem weiß konvertieren, das sich von dem ursprünglichen weiß der ersten LED unterscheidet.

Figur 11 zeigt das Partial-Remote-phosphor-Konzept angewendet auf eine LED-basierte Lichtquelle 1 in einem ähnlichen Aus ^¬ führungsbeispiel, jedoch ist die Kuppel durch eine Front ^¬ scheibe 8 ersetzt. Die beiden Chips 2a und 2b sitzen in einem Gehäuse 7, dessen Deckel 8 die Frontscheibe ist.

Figur 12 und 13 zeigen in analoger Weise zwei LEDs 1, bei de ^¬ nen das Partial-Remote-phosphor-Konzept auf das Hybrid- bzw. Magenta-Konzept angewendet ist, jeweils als Kuppel-Variante (Figur 12) und Frontscheiben-Variante (Figur 13) . Der erste Chip auf dem Substrat ist eine kaltweiß emittierende oder neutralweiß emittierende, für backlighting units gedachte LED 2a. Ihrem blau emittierenden Chip ist für die Erzeugung der ersten weißen Lichtfarbe, beispielsweise kaltweiß, chipnah ein Leuchtstoff 4a für eine Teilkonversion in gelb bis grün vorgeschaltet, wie an sich bekannt. Der zweite Chip 2b ist ebenfalls blau emittierend, wobei dem Chip ein geeigneter rot emittierender Leuchtstoff 4b zur Konversion in Magenta bis rot vorgeschaltet ist. Davor ist wieder beabstandet eine bei- de Chips überwölbende Kuppel 5 oder Scheibe 8 vorgeschaltet. Insbesondere wird ein Keramikplättchen als Scheibe 8 oder Teil der Scheibe 8 verwendet. Dieses Remote-Phosphor-Element weist mindestens einen Leuchtstoff 15 und ggf. Streumittel 16 auf. Damit lässt sich weißes Licht beliebiger Anforderung re- alisieren.

Figur 14 zeigt eine LED-Lampe 18 in Retrofit-Konzept , die das Partial-Remote-phosphor-Konzept anwendet. Sie hat einen So ^¬ ckel 19, ein Gehäuse 21, das Elektronik enthält, und eine Kuppel 17 auf dem Gehäuse. Dabei wird die Primärstrahlung und chipnahe Teilkonversion bei den auf dem Gehäuse angebrachten LEDs 20 erzeugt. Die partielle nachgeordnete Konversion und Streuung wird im Bereich der Kuppel 17 erzeugt.

Figur 15 zeigt ein ähnliches Konzept für ein LED-Modul 25. Dabei wird die Primärstrahlung und chipnahe Teilkonversion bei den LEDs 20 erzeugt. Die partielle nachgeordnete Konver ^¬ sion wird im Bereich der Kuppel 17 erzeugt. Die Streuung schließlich im Bereich der äußeren kuppeiförmigen Abdeckung 48.

Figur 16 zeigt das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist das CIE-Diagramm, wobei der erste Farbort (1) den Farbort der LED mit chipnaher Konversion beispielsweise gemäß Figur 1 oder Figur 9 darstellt. Die teilweise Konversi ^¬ on gemäß Remote-Phosphor-Konzept verschiebt den Farbort dann zum zweiten Farbort (2) . Dieser zweite Farbort (2) liegt bei- spielsweise genau auf der Planck-Kurve P.

Konkret gilt: Farbort 1 kann durch verschiedene Kombinationen von LED(s) mit einem oder mehreren Leuchtstoffen und optional zusätzlichen Streuern erreicht werden. Dabei spielt u. a. die Wellenlänge der LED(s) eine große Rolle. Vorteilhaft wird als Peakwellenlänge der LED 420 nm bis 480 nm, insbesondere 430 bis 460 nm, verwendet.

Das Remote Phosphor Element kann einen oder mehrere Leucht ^¬ stoffe und optional zusätzliche Streuer enthalten, um von Farbort 1 zu Farbort 2 zu gelangen, unter Nutzung der preis ^¬ günstigen LED, die Farbort 1 vermittelt.

Als Leuchtstoffe, die zur Anwendung im Remote-Phosphor- Element geeignet sind, werden insbesondere Granate, Orthosi- likate, Chlorosilikate, Nitridosilikate und deren Derivate vorgeschlagen wie insbesondere:

(Ca, Sr) 8Mg (Si04) 4C12 :Eu2+

(Sr,Ba, Lu) 2Si (0,N) 4 :Eu2+

( Sr, Ba, Ln) 2Si (0, ) 4 : Eu2+ mit Ln ausgewählt aus den Lanthanoi- den mit der Möglichkeit, für Ln auch mehr als ein Lanthanoid zu verwenden

(Sr, Ba) Si2N202 :Eu2+

(Y, Gd, b, Lu) 3 (AI, Ga) 5012 :Ce3+

(Ca, Sr,Ba) 2Si04 :Eu2+

(Sr,Ba, Ca) 2Si5N8 :Eu2+

(Sr, Ca) AlSiN3 :Eu2+

(Sr, Ca) S :Eu2+

(Sr,Ba, Ca) 2 (Si, AI) 5 (N, 0) 8 :Eu2+

(Sr,Ba, Ca) 2Si5N8 :Eu2+

(Sr, Ba, Ca) 3Si05 :Eu2+

-SiA10N:Eu2+

Ca (5-δ) AI (4-2δ) Si (8+2δ) 180:Eu2+

Figur 16 bezieht sich auf eine light engine, die sich vor ^¬ teilhaft das folgende Konzept zu Nutze macht. Auf dem Markt gibt es häufig große und billige Mengen an bestimmten Chargen von weißen LED, beispielsweise kaltweiß emittierende LED. Mit einem Remote-Phosphor-Element kann eine derartige LED als Lichtquelle einer light engine verwendet werden, wobei der den Farbort verändernde Leuchtstoff im Remote-Phosphor- Element untergebracht ist. Auf diese Weise kann auf die Ver- wendung von erheblich teureren blauen LEDs als Lichtquelle für die light engine verzichtet werden. Im folgenden werden zwei konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Im ersten Ausführungsbeispiel hat die primäre Lichtquelle chipnah einen einzigen Leuchtstoff vorgeschaltet. Der ur ^¬ sprüngliche (primäre) Farbort der LED ist x=0.26/y=0.22. Die ^¬ se LED ist ursprünglich für die Display-Hinterleuchtung gedacht. Dabei ist der ursprüngliche erste und einzige chipnahe Leuchtstoff ein üblicher YAG : Ce mit Al/Ga-Anteil (YaGaG:Ce), konkret handelt es sich insbesondere um

(Y0.96CeO .04) 3A13.75Gal .25012.

Die primäre Lichtquelle ist eine blaue LED mit Peakwellenlän- ge 444 nm, deren Licht vom YAG:Ce teilweise in gelb konver ^¬ tiert wird, so dass insgesamt ein weißer Farbeindruck ent- steht. Als Remote-Phosphor-Element wird eine Mischung aus zwei Leuchtstoffen verwendet, und zwar ein vereinfachter YAG:Ce sowie ein CaAlSiN. Konkret werden die Leuchtstoffe (YO .96CeO .04) 3A15012 und CaO .996EuO .004AlSiN3 gemeinsam im Remote-Phosphor-Element verwendet .

Figur 17 zeigt die Emission der light engine ohne Remote- Phosphor-Element (Kurve 1) und mit Remote-Phosphor-Element (Kurve 2) . Figur 18 zeigt den Farbort einer light engine ohne Remote-Phosphor-Element (Kreis) und mit Remote-Phosphor- Element (Dreieck). Der neue Farbort ist x=0.46/y=0.41. Die Farbtemperatur ist hier neu 2700 K und der Farbwiedergabeindex CRI ist 80. Der visuelle Nutzeffekt ist 300 lm/W_vis. Konkret basiert dabei die light engine auf einer BLU-LED mit hoher Farbtemperatur als primäres weiß.

Figur 19 zeigt die Emission einer light engine mit/ohne Remo- te-Phosphor-Element in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Da ^¬ bei ist die primäre Lichtquelle gleich wie beim ersten Aus ^¬ führungsbeispiel. Jedoch ist das Remote-Phosphor-Element an ^¬ ders gewählt. Als Remote-Phosphor-Element wird eine Mischung aus zwei Leuchtstoffen verwendet, und zwar zum einen der gleiche YAG:Ce wie er auch chipnah verwendet wird sowie ein Nitridosilikat . Konkret werden die Leuchtstoffe

(YO .96CeO .04) 3A13.75Gal .25012 und (SrO .48BaO .48EuO .04) 2Si5N8 gemeinsam im Remote-Phosphor-Element verwendet.

Figur 19 zeigt die Emission der light engine ohne Remote- Phosphor-Element (Kurve 1) und mit Remote-Phosphor-Element (Kurve 2) . Figur 20 zeigt den Farbort einer light engine ohne Remote-Phosphor-Element (Kreis) und mit Remote-Phosphor- Element (Dreieck). Der neue Farbort ist x=0.44/y=0.40. Die Farbtemperatur ist hier neu 3000 K und der Farbwiedergabeindex CRI ist 72. Der visuelle Nutzeffekt ist 338 lm/W_vis. Mit Farbtemperatur ist hier ggf. die ähnlichste Farbtemperatur gemeint .

Figur 21 und 22 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit der gleichen ursprünglichen light engine. Hier ist im Remote- Phosphor-Element wieder der gleiche Leuchtstoff wie in der primären Lichtquelle verwendet, also

(Y0.96CeO .04) 3A13.75Gal .25012. Überraschenderweise führt auch diese Anordnung bereits zu einem gänzlich anderen Farbort, siehe Figur 22. Die Emission ist in Figur 21 gezeigt. Figur

22 zeigt den Farbort einer light engine ohne Remote-Phosphor- Element (Kreis) und mit Remote-Phosphor-Element (Dreieck) . Der neue Farbort ist x=0.314/y=0.321. Die Farbtemperatur ist hier neu 6500 K und der Farbwiedergabeindex CRI ist 73. Der visuelle Nutzeffekt ist 306 lm/W_vis.

Im vierten Ausführungsbeispiel hat die primäre Lichtquelle chipnah zwei Leuchtstoffe vorgeschaltet. Der ursprüngliche Farbort der LED ist x=0.27/y=0.23. Diese LED ist ursprünglich für die Display-Hinterleuchtung gedacht. Dabei sind die ur- sprünglichen ersten und zweiten chipnahe Leuchtstoffe ein üb ^¬ licher LuAG:Ce mit AI-Anteil, konkret handelt es sich insbe ^¬ sondere um (LuO .99CeO .01) 3A15012. Der zweite Leuchtstoff ist ein übliches Calsin, dabei handelt es sich insbesondere um CaO .996EuO .004AlSiN3. Die primäre Lichtquelle ist eine blaue LED mit Peakwellenlän- ge 442 nm, deren Licht vom LuAG:Ce und dem Calsin teilweise in grün und rot konvertiert wird, so dass insgesamt ein wei ^¬ ßer Farbeindruck entsteht. Als Remote-Phosphor-Element wird eine Mischung aus zwei Leuchtstoffen verwendet, und zwar ein YAG:Ce sowie ein CaAlSiN. Konkret werden die Leuchtstoffe (YO .96CeO .04) 3A13.75Gal .25012 und CaO .996EuO .004AlSiN3 ge ^¬ meinsam im Remote-Phosphor-Element verwendet.

Figur 23 zeigt die Emission der light engine ohne Remote- Phosphor-Element (Kurve 1) und mit Remote-Phosphor-Element

(Kurve 2) . Figur 24 zeigt den Farbort einer light engine ohne Remote-Phosphor-Element (Kreis) und mit Remote-Phosphor- Element (Dreieck). Der neue Farbort ist x=0.46/y=0.41. Die Farbtemperatur ist hier neu 2700 K und der Farbwiedergabein- dex CRI ist 91. Der visuelle Nutzeffekt ist 275 lm/W_vis. Farborte für BLU-LEDs liegen innerhalb eines Rechtecks im CIE-xy-Diagramm mit folgenden Eckpunkt-Koordinaten, jeweils

(x / y) :

(0,20 / 0,16)

(0, 26 / 0, 16)

(0, 32 / 0, 29)

(0, 27 / 0, 33)

Konkrete Farborte für BLU-LEDs liegen beispielsweise im Be ^¬ reich x= 0,26 bis 0,27 und y= 0,21 bis 0,22. Sie werden be- vorzugt in Bereiche für x und y größer 0,40 verschoben.

Figur 25 zeigt die Emission einer light engine ohne Remote- Phosphor-Element (Kurve 1) und mit Remote-Phosphor-Element (Kurve 2) . Figur 26 zeigt den Farbort dieser light engine oh ^¬ ne Remote-Phosphor-Element (Kreis) und mit Remote-Phosphor- Element (Dreieck) . Es handelt sich dabei um ein Ausführungs ^¬ beispiel auf Basis des Brillant-Mix-Konzepts , d.h. mit zu ^¬ sätzlicher roter LED. Hier wurde die gleiche BLU-LED verwendet wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen. Der ur- sprüngliche Farbort ist 0,26/0,22 als x/y-Koordinaten im CIE Farbdiagramm.

Der neue Farbort ist x=0.46/y=0.41. Die Farbtemperatur ist hier neu 2700 K und der Farbwiedergabeindex CRI ist 91. Der visuelle Nutzeffekt ist 354 lm/W_vis.

Die primäre Lichtquelle ist eine blaue LED mit Peakwellenlän- ge 444 nm, deren Licht von YaGaG:Ce primär konvertiert wird, so dass zunächst ein erster weißer Farbeindruck entsteht. Als Remote-Phosphor-Element wird der gleiche Leuchtstoff verwen- det. Konkret wird der Leuchtstoff

(Y0.96CeO .04) 3A13.75Gal .25012 verwendet. Hinzu kommt eine rote InGaAlP-LED, wobei insgesamt ein weißer Farbeindruck mit niedrigerer Farbtemperatur entsteht.