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Die
Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit einem Gehäuse und
wenigstens einem Halbleiterkristall, welcher bei Spannungsbeaufschlagung
elektromagnetische Strahlung emittiert.
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Derartige
Leuchtmittel finden beispielsweise in Form von Leuchtdioden, welche
als LED bekannt sind, weit verbreitet Verwendung.
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Die
Herstellung des Gehäuses
eines solchen Leuchtmittels kann je nach gewünschter Form recht aufwendig
sein.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Leuchtmittel der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei welchem das Gehäuse
einfach aufgebaut und gleichzeitig in seiner Form variabel herstellbar
ist.
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Dies
wird bei einem Leuchtmittel der eingangs genannten Art dadurch erreicht,
dass das Gehäuse
mehrere plattenförmige
Gehäuseelemente umfasst,
welche schichtartig übereinander
gesetzt sind.
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Plattenförmige Gehäuseelemente
können
in einfacher Weise aus einer entsprechenden Materialplatte ausgestanzt
werden. Unter plattenförmigen Gehäuseelementen
sind dabei insbesondere ringförmige
Gehäuseelemente
zu verstehen. Durch den schichtartigen Aufbau kann ein Gehäuse einfach
aus mehreren Gehäuseelementen
zusammengesetzt sein, die entsprechend der gewünschten Außen- und Innenkontur des Gehäuses ausgestanzt
wurden. Die einzelnen Gehäuseelemente können als
Stanzteile in technisch einfacher Weise in großer Stückzahl gefertigt werden, was
die Kosten für
eine einzelnes Gehäuse
senkt.
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Dabei
können
an vorgegebene Anforderungen angepasste verschiedene Stanzformen
verwendet werden, wodurch viele axiale Querschnittsvarianten des
Gehäuses
verwirklicht werden können.
Zudem ist die Höhe
des sich ergebenden Gehäuses modular
einstellbar.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Durch
die Weiterbildung nach Anspruch 2 kann die notwendige, den Halbleiterkristall
tragende Platine einfach als Gehäusekomponente
verwendet werden.
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Durch
die Maßnahme
nach Anspruch 3 ist es möglich,
dass die Anschlusskontakte je nach den vorliegenden Anforderungen
in unterschiedlichen Ausgestaltungen auf der Anschlussplatte aufgebracht
sein können,
die zu entsprechenden Kontaktklemmen einer zugehörigen und hier nicht gezeigten Energieversorgung
passen. Der schichtartige Aufbau des Gehäuses bleibt jedoch erhalten.
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Dabei
ist es günstig,
wenn die Verbindungsleiter wie in Anspruch 4 angegeben verlaufen.
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Durch
die Weiterbildung nach Anspruch 5 wird die Lichtausbeute des Leuchtmittels
erhöht.
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Die
Maßnahme
nach Anspruch 6 bewirkt einen vorteilhaften Schutz der im Gehäuseinneren
angeordneten Komponenten vor äußeren Einflüssen.
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Die
Weiterbildung nach Anspruch 7 trägt dem
Wunsch nach einem glühlampenartigen
Leuchtmittel Rechnung.
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Durch
die Weiterbildung nach Anspruch 8 wird eine gute Leuchtkraft erzielt
und die Lichtausbeute nochmals erhöht.
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Durch
die Ausgestaltung nach Anspruch 9 wird dabei vorteilhaft die Schichtstruktur
des Gehäuses
aufrechterhalten.
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Im
Hinblick auf die Energieversorgung ist es insbesondere günstig, wenn
die Anschlussplatte wie in Anspruch 10 angegeben angeordnet ist.
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Durch
die Weiterbildung nach Anspruch 11 ist es möglich, die Längserstreckung
des Gehäuses an
verschiedene Anforderungen anzupassen.
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Für eine gute
passgenaue Verbindung der Abdeckung mit dem Gehäuse ist die Weiterbildung nach
Anspruch 12 von Vorteil. Die Haltestifte können dabei beispielsweise radial
nach außen
oder axial verlaufen.
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Durch
die Maßnahme
nach Anspruch 13 ist gewährleistet,
dass alle Gehäuseelemente
durch die Anordnung der Bohrungen zueinander ausgerichtet sind und
jeweils eine Bohrung eines Gehäuseelements
mit jeweils einer Bohrung eines benachbarten Gehäuseelements gemeinsam einen
Kanal bildet. Die so gebildeten Kanäle bieten eine gute Halterung für Haltestifte
der Abdeckung und damit eine gute Halterung für die Abdeckung selbst. Gleichzeitig
können
durch die in den Bohrungen der Gehäuseelementen einsitzenden Haltestifte
die einzelnen Gehäuseelemente
zusammengehalten werden.
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Eine
gute Verbindung der Komponenten des Leuchtmittels wird durch die
Weiterbildung nach Anspruch 14 erreicht.
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Verkleben
stellt eine einfache, effektive und kostengünstige Verbindungsart dar.
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In
diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Verklebung
wie in Anspruch 15 angegeben erfolgt. Dies bedeutet, jeder der durch
die übereinander
gesetzten Bohrungen der Gehäuseelemente
gebildeten Kanäle
ist mit Klebstoff gefüllt.
In jeden Kanal ragt einer der Haltestifte der Abdeckung hinein.
Dadurch sind die Gehäuseelemente
untereinander und mit der Abdeckung des Leuchtmittels verbunden,
wodurch man ein allseitig geschlossenes Gehäuse erhält, bei dem im übrigen auf
Klebstoff an den Berührflächen zwischen
den Gehäuseelementen
verzichtet werden kann.
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Wenn
die Gehäuseelemente
wie in Anspruch 16 angegeben aus Aluminium sind, zeigt das Gehäuse eine
gute Wärmeabfuhr
aus dem Innenraum. Diese wird durch die Maßnahme nach Anspruch 17 noch verbessert.
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Ein
vorteilhafte elektrische Verdrahtung des Halbleiterkristalls oder
der Halbleiterkristalle wird durch die Weiterbildung nach Anspruch
18 erzielt.
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Nachstehend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert; in
dieser zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf eine Basisplatine eines Leuchtmittels;
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2 eine
Aufsicht auf eine Kontaktplatte des Leuchtmittels;
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3 eine
Aufsicht auf eine Abstandsplatte des Leuchtmittels;
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4 einen
Schnitt durch eine Linse des Leuchtmittels;
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5 einen
Schnitt durch die Abstandsplatte von 3 entlang
der dortigen Schnittlinie V-V;
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6 einen
Schnitt durch die Kontaktplatte von 2 entlang
der dortigen Schnittlinie VI-VI; und
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7 einen
Schnitt durch die Basisplatine von 1 entlang
der dortigen Schnittlinie VII-VII; und
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8 ein
aus den in den 1 bis 4 gezeigten
Komponenten zusammengesetztes Leuchtelement in einem den 4 bis 7 entsprechenden
Schnitt.
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1 zeigt
eine Basisplatine 10 aus Aluminium eines in 8 insgesamt
mit 12 bezeichneten Leuchtmittels in Form einer LED.
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Die
Basisplatine 10 hat die Grundstruktur eines regelmäßigen Sechsecks,
wobei an den Ecken ihrer Randkontur alternierend zungenförmige Ausnehmungen 14 und 16 unterschiedlicher
Größe vorgesehen
sind. Von diesen erstrecken sich die Ausnehmungen 14 weiter
in Richtung auf den Mittelpunkt der Basisplatine 10 als
die Ausnehmungen 16, wie in 1 gut zu
erkennen ist.
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Im
Uhrzeigersinn gesehen ergibt sich so zwischen einer Ausnehmung 14 und
einer Ausnehmung 16 jeweils ein Bereich 18 mit
geradem Außenrand, wogegen
sich zwischen einer Ausnehmung 16 und einer Ausnehmung 14 jeweils
ein Bereich 20 mit geradem Außenrand ergibt. Auf diese Weise
liegen sich jeweils ein Bereich 18 und ein Bereich 20 der
Basisplatine 10 gegenüber,
deren Außenränder in
der Praxis einen Abstand voneinander von 1,0 cm bis 4,0 cm – in der
Regel von etwa 2,5 cm – haben.
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Auf
die Basisplatine 10 ist mittig eine im Wesentlichen quadratische
Leiterfläche 22 aufgebracht. Diese
ist über
eine Leiterbahn 24 mit einem ersten Ende einer halbkreisförmigen Leiterbahn 26 verbunden
ist, welche um die Leiterfläche 22 herum
verläuft. Ein
Bereich am gegenüberliegenden
zweiten Ende der halbkreisförmigen
Leiterbahn 26 ist mit einer Kontaktfläche 28 verbunden,
welche sich radial nach außen
in einen der Bereiche 20 der Basisplatine 10 erstreckt,
welcher in 1 mit dem Bezugszeichen 20a gekennzeichnet
ist.
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Eine
weitere halbkreisförmige
Leiterbahn 30 liegt der halbkreisförmigen Leiterbahn 26 derart
gegenüber,
dass die beiden halbkreisförmigen
Leiterbahnen 26 und 30 auf einem gemeinsamen Ring
liegen, sich jedoch nicht berühren.
Der in der 1 linksgelegene Endbereich der
halbkreisförmigen
Leiterbahn 30 ist mit einer sich radial nach außen erstreckenden
zweiten Kontaktfläche 32 verbunden.
Diese liegt in einem Bereich 18a der Basisplatine 10,
der dem Bereich 20a gegenüberliegt.
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Die
Basisplatine 10 weist sechs Durchgangsbohrungen 34 auf,
welche gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilt sind. Dabei sitzen die Durchgangsbohrungen 34 jeweils
auf einer Geraden, welche vom Mittelpunkt der Basisplatine 10 ausgeht
und senkrecht auf dem zugeordneten Randabschnitt der Basisplatine 10 steht.
Dies ist in 1 gut zu erkennen.
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Wie
dort ferner zu sehen ist, verläuft
eine der Durchgangs bohrungen 34 durch die Kontaktfläche 28 und
eine zweite der Durchgangsbohrungen 34 durch die Kontaktfläche 32 der
Basisplatine 10. Jede Kontaktfläche 28, 32 weist
koaxial zur betreffenden Durchgangsbohrung 34 eine Ringfläche auf,
in welcher kein Kontaktmaterial vorgesehen ist.
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Auf
die Leiterfläche 22 sind
Licht emittierende Halbleiterkristalle 36 in einer 3×4-Matrix
leitend aufgesetzt, und zwar so, dass die Leiterfläche 22 und die
damit in Verbindung stehende Kontaktfläche 28 die Kathode
des Leuchtmittels 12 darstellt.
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Die
Halbleiterkristalle 36 sind gemäß 1 ferner über feine
Bonddrähte 38 mit
der halbkreisförmigen
Leiterbahn 30 der Basisplatine 10 verbunden, deren
Kontaktfläche 32 somit
die Anode des Leuchtmittels 12 bildet. In den in den 7 und 8 gezeigten
Schnittansichten sind die Bonddrähte 38 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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In 2 ist
eine Anschlussplatte 40 aus Aluminium gezeigt, deren Randkontur
mit derjenigen der Basisplatine 10 übereinstimmt. Die Anschlussplatte 40 ist
eloxiert.
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Die
Anschlussplatte 40 weist als Reflektor mittig eine konische
Durchgangsbohrung 42 auf, deren größerer Durchmesser auf der in 2 gezeigten Seite 44 liegt,
wie auch aus 8 gut erkennbar ist. Der kleinere
Durchmesser der konischen Durchgangsbohrung 42 auf der
gegenüberliegenden
Seite 46 der Anschlussplatte 40 ist derart bemessen,
dass die Halbleiterkristalle 36 der Basisplatte 10 von
der Wandfläche
der konischen Durchgangsbohrung 42 eng umgeben sind, wenn
die Anschlussplatte 40 mit ihrer Seite 46 (vgl. 8)
auf die Basisplatine 10 aufgesetzt ist.
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Die
Anschlussplatte 40 weist sechs Durchgangsbohrungen 48 auf,
die in ihrer Position und ihrem Durchmesser den Durchgangsbohrungen 34 der Basisplatine 10 entsprechen.
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Auf
der Seite 44 der Anschlussplatte 40 ist in einem
Bereich 20a',
der dem Bereich 20a der Basisplatine 10 entspricht,
eine elektrisch leitende Anschlussfläche 50 vorgesehen.
Diese liegt zwischen dem Außenrand
der Anschlussplatte 40 und der im Bereich 20a' angeordneten
Durchgangsbohrung 48. Von der Anschlussfläche 50 ausgehend
erstreckt sich ein dünner
Verbindungsleiter 52 axial durch die Anschlussplatte 40 hindurch,
der ein wenig über
die der Anschlussfläche 50 gegenüberliegende,
untere Seite 46 der Anschlussplatte 40 übersteht
(vgl. 6). So ist, wenn die Anschlussplatte 40 mit
ihrer Seite 46 auf die Basisplatine 10 gesetzt
ist, über
den Verbindungsleiter 52 eine leitende Verbindung zwischen
der Kontaktfläche 28 der
Basisplatine 10 und der Anschlussfläche 50 der Anschlussplatte 40 geschaffen.
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In
analoger Weise ist in einem dem Bereich 18a der Basisplatine 10 entsprechenden
Bereich 18a' der
Anschlussplatte 40 eine zweite elektrisch leitende Anschlussfläche 54 mit
einem axialen Verbindungsleiter 56 vorgesehen.
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In 3 ist
eine Distanzplatte 58 aus Aluminium gezeigt. Deren äußere Randkontur ähnelt derjenigen
der Basisplatine 10 bzw. der Anschlussplatte 40,
nur ist jeweils ein Bereich 18 sowie ein diesem gegenüberliegender
Bereich 20 radial kurz außerhalb neben den entsprechenden
Durchgangsbohrungen 34 bzw. 48 parallel zum ursprünglichen
geraden Außenrand
abgeschnitten.
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Auf
diese Weise weist die Distanzplatte 58 nur noch eine zungenähnliche
Ausnehmung 14'' und nur noch
eine dieser gegenüberliegende
und weniger weit in Richtung auf den Mittelpunkt der Distanzplatte 58 reichende
Ausnehmung 16'' auf. Weitere
Ausnehmungen 14'' sind teilweise
erhalten. So kann die Distanzplatte 58 derart auf die Anschlussplatte 40 aufgesetzt
werden, dass die Anschlussflächen 50 und 54 der
Anschlussplatte 40 nicht durch Material der Distanzplatte 58 abgedeckt
werden, wie dies in 8 zu erkennen ist.
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Die
Distanzplatte 58 kann auch aus einem den elektrischen Strom
nicht leitenden isolierenden Material, wie einem Kunststoff-Material,
gefertigt sein. In diesem Fall kann die Distanzplatte 58 die gleiche
Randkontur wie die Basisplatine 10 bzw. die Anschlussplatte 40 aufweisen.
Auch kann sie dann die Anschlussflächen 50 und 54 der
Anschlussplatte 40 wenigstens teilweise abdecken, ohne
dass es zu einem Kurzschluss kommt.
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Die
Distanzplatte 58 weist sechs Durchgangsbohrungen 60 auf,
welche in ihrer Position und ihrem Durchmesser den Durchgangsbohrungen 34 der
Basisplatine 10 bzw. den Durchgangsbohrungen 48 der
Anschlussplatte 40 entsprechen.
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Die
Distanzplatte 58 weist außerdem eine mittige Stufenbohrung 62 auf
(vgl. auch 5), wobei die Innenfläche des
größeren Durchmesser
aufweisenden Abschnittes 64 die Durchgangsbohrungen 60 der
Distanzplatte 58 schneidet. Die Innenfläche des Abschnittes 66 mit
kleinerem Durchmesser liegt dagegen radial weiter innen als die
Durchgangsbohrungen 60.
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Das
Leuchtmittel 12 umfasst ferner als Abdeckung des Gehäuses eine
Sammeloptik 68, welche als plankonvexe Sammellinse aus
Epoxidharz oder Acrylharz ausgebildet ist. Diese umfasst einen ringförmigen Bund 70,
der eine untere umlaufende Stufe 72 vorgibt. Der Außendurchmesser
des Bundes 70 entspricht der Abmessung der Distanzplatte 58 längs der
Schnittlinie V-V in 3.
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Als
Abdeckung zum Schutz der Halbleiterkristalle 36 vor äußeren Einflüssen kann
auch ein durchsichtiges Fenster oder eine sonstige Abdeckung aus
einem Material dienen, welches für
die von den Halbleiterkristellen 36 emittierte Strahlung
durchlässig
ist.
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Die
Sammeloptik 68 trägt
auf ihrer planen Unterseite sechs Stifte 74, deren Durchmesser
und Position den Durchgangsbohrungen 60 der Distanzplatte 58,
den Durchgangsbohrungen 48 der Anschlussplatte 40 sowie
den Durchgangsbohrungen 34 der Basisplatine 10 entsprechen.
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Die
Innenkante der Stufe 72 fluchtet radial außen mit
den Stiften 74. Auf der den Stiften 74 gegenüberliegenden
Seite liegt die mit 76 bezeichnete konvexe Oberfläche der
Linse 68.
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In 8 ist
nun das aus den in den 1 bis 7 gezeigten
Einzelkomponenten zusammengefügte
Leuchtmittel 12 im Schnitt gezeigt. Bei diesem sind, in 8 von
unten nach oben betrachtet, die Basisplatine 10, die Anschlussplatte 40,
die Distanzplatte 58 und die Sammeloptik 68 übereinandergesetzt.
Dabei sind die Stifte 74 der Sammeloptik derart bemessen,
dass sie die Durchgangsbohrungen 60 der Distanzplatte 58 und
die Durchgangsbohrungen 48 der Anschlussplatte 40 vollständig durchdringen, jedoch
nur teilweise in die Durchgangsbohrungen 34 der Basisplatine 10 ragen.
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Die
Sammeloptik 68 sitzt mit ihrer umlaufenden Stufe 72 in
der dazu komplementären
Stufenbohrung 62 der Distanzplatte 58 ein.
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Zum
bleibenden Zusammenfügen
der vier Komponenten des Leuchtmittels 12 werden die Stifte 74 der
Sammeloptik 68 vor dem Einsetzen in die entsprechenden
Durchgangsbohrungen mit einem Heißkleber versehen, welcher nach
diesem Vorgang und nach dem Abkühlen
den so gebildeten Schichtaufbau zusammenhält.
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Die
Verbindungsleiter 52 und 56 der Anschlussplatte 40 werden
so in leitender Verbindung mit den Kontaktflächen 28 bzw. 32 der
Basisplatine 10 gehalten. Die, wie in 8 zu
erkennen ist, freiliegenden Anschlussflächen 50 und 54 der
Anschlussplatte 40 dienen zum Anschluss des Leuchtmittels 12 an
eine Energieversorgung.
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Zwischen
der Sammellinse 68 und der Leiterfläche 22 der Basisplatine 10 liegt
ein Innenraum 78 des Leuchtmittels 12. Dieser
ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit Silikonöl 80 gefüllt, welches die
Halbleiterkristalle 36 auf der Leiterfläche 22 der Basisplatine 10 vollständig umgibt
und eine gute Wärmeabfuhr
aus dem Innenraum 78 gewährleistet. Das Silikonöl 80 ist
in 8 schematisch durch Punkte angedeutet.
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Die
jeweiligen zungenförmigen
Ausnehmungen der Basisplatine 10, der Anschlussplatte 40 und der
Distanzplatte 58 liegen bei zusammengesetztem Leuchtmittel 12 übereinander.
Somit kann das Leuchtmittel 12 in eine passend zu seiner
umlaufenden Außenkontur
ausgebildete Halterung eingesetzt werden, wodurch ein Verdrehen
des Leuchtmittels 12 um seine Längsachse verhindert ist.
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Die
Basisplatine 10, die Anschlussplatte 40 und die
Distanzplatte 58 haben in der Praxis jeweils eine Dicke
zwischen 0,25 mm und 2,0 mm, so dass das Leuchtmittel 12 bezogen
auf seine radiale Erstreckung flach baut.