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Es wird ein Ringlichtmodul angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringlichtmoduls angegeben.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 046 255 A1 betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit ringförmig angeordneten Leuchtdioden.
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Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Ringlichtmodul anzugeben, das eine hohe Leuchtdichte und eine hohe Abstrahlhomogenität aufweist.
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Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Ringlichtmodul und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul mehrere erste Halbleiterbauteile und mehrere zweite Halbleiterbauteile. Bei den Halbleiterbauteilen handelt es sich bevorzugt um Leuchtdioden. Die ersten Halbleiterbauteile sind dazu eingerichtet, eine von den zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission im Betrieb aufzuweisen. Beispielsweise handelt es sich bei den ersten Halbleiterbauteilen um im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdioden und bei den zweiten Halbleiterbauteilen um im roten Spektralbereich emittierende Leuchtdioden. Ebenso ist es möglich, dass die ersten Halbleiterbauteile gelbes Licht oder weißes emittieren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul, neben den ersten und den zweiten, zumindest ein weiteres Halbleiterbauteil. Das weitere Halbleiterbauteil ist dazu eingerichtet, im Betrieb eine von den ersten und zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission aufzuweisen. Zum Beispiel ist das Ringlichtmodul dann ein sogenanntes RGB-Modul mit rot, grün und blau emittierenden Halbleiterbauteilen. Es kann das Ringlichtmodul auch mehr als drei spektral verschieden emittierende Halbleiterbauteile umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleiterbauteile jeweils eine, insbesondere genau eine Hauptemissionsrichtung auf. Die Hauptemissionsrichtung ist diejenige Richtung, entlang der eine maximale Intensität abgestrahlt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Emissionsrichtungen in voneinander verschiedene Richtungen. Beispielsweise zeigen jeweils benachbarte Halbleiterbauteile in voneinander verschiedene Emissionsrichtungen. Es ist möglich, dass jeweils genau zwei Halbleiterbauteile eine antiparallele Hauptemissionsrichtung aufweisen und dass jeweils keine zwei Hauptemissionsrichtungen in dieselbe Richtung weisen. Mit anderen Worten können die Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile paarweise voneinander verschieden sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Ringlichtmodul einen oder mehrere Reflektoren. Der mindestens eine Reflektor weist eine gekrümmte Reflexionsfläche auf. Mit anderen Worten liegt die Reflexionsfläche nicht in einer Ebene. Der Reflektor sowie die Reflexionsfläche können entlang unterschiedlicher Raumrichtungen gekrümmt sein und/oder mehr als eine Krümmung aufweisen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Ringlichtmodul einen Träger auf. Die Halbleiterbauteile sind an dem Träger angebracht, beispielsweise über ein Löten oder über ein Kleben. Es umfasst der Träger insbesondere elektrische Leiterbahnen und elektrische Anschlussstellen zu einer Bestromung und Ansteuerung der Halbleiterbauteile. Weiterhin weist der Träger bevorzugt eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Es ist der Träger beispielsweise eine Metallkernplatine, eine flexible Leiterplatte oder ein Leiterrahmen oder es umfasst der Träger zumindest eine der genannten Komponenten.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, entlang einer Anordnungslinie um die Reflexionsfläche herum angeordnet. Bevorzugt liegt die gesamte Reflexionsfläche innerhalb der Anordnungslinie, jedoch liegt bevorzugt mindestens ein Anteil von 50 % oder von 80 % der Reflexionsfläche, in Draufsicht gesehen, innerhalb der Anordnungslinie. Es ist möglich, dass die Anordnungslinie, in Draufsicht gesehen, ringförmig geformt ist. Insbesondere bildet die Anordnungslinie einen geschlossenen Ring. Ebenso kann die Anordnungslinie auch als spiralförmiger Ring gestaltet sein.
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Beispielsweise verläuft die Anordnungslinie durch geometrische Mittelpunkte der Halbleiterbauteile, in Draufsicht gesehen. Bei der Anordnungslinie kann es sich um eine fiktive Linie handeln. Es ist möglich, dass die Anordnungslinie in einer Ebene verläuft oder eine dreidimensionale Kurve, etwa eine Spirale, ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Reflektor in einem Zentrum eine maximale Höhe auf. Die Höhe ist hierbei insbesondere auf eine Bodenseite des Ringlichtmoduls bezogen. Die Bodenseite liegt dabei einer Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls gegenüber.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das Zentrum in einer geometrischen Mitte einer von der Anordnungslinie umschlossenen Innenfläche. Dass sich das Zentrum in der geometrischen Mitte der Innenfläche befindet, kann bedeuten, dass in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen das Zentrum in einem Abstand von höchstens 10 % oder von höchstens 5 % oder von höchstens 2 % eines mittleren Durchmessers der Innenfläche zur geometrischen Mitte befindet. Mit anderen Worten ist es nicht zwingend notwendig, dass das Zentrum und die geometrische Mitte der Innenfläche exakt zusammenfallen. Bevorzugt ist dies jedoch der Fall.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, je zu dem Zentrum. Dass die Hauptemissionsrichtungen zum Zentrum weisen, kann bedeuten, dass die Hauptemissionsrichtungen mit einer Toleranz von höchstens 15° oder von höchstens 10° oder von höchstens 5° oder exakt auf das Zentrum hin zeigen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile entlang der Anordnungslinie dicht angeordnet. Dicht angeordnet kann bedeuten, dass ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen entlang der Anordnungslinie höchstens ein 1,5-Faches oder höchstens ein 1,0-Faches einer mittleren Kantenlänge der Halbleiterbauteile oder eines mittleren Durchmessers der Halbleiterbauteile beträgt. Mit anderen Worten ist dann ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen kleiner oder in derselben Größenordnung wie Abmessungen der Halbleiterbauteile, in Draufsicht auf die Halbleiterbauteile gesehen.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul mehrere erste und mehrere zweite Licht emittierende optoelektronische Halbleiterbauteile mit je einer Hauptemissionsrichtung, wobei die ersten Halbleiterbauteile eine von den zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission aufweisen. Das Ringlichtmodul beinhaltet ferner einen Reflektor, der eine gekrümmte Reflexionsfläche aufweist. Die Reflexionsfläche ist dazu eingerichtet, die von den Halbleiterbauteilen im Betrieb emittierte Strahlung zu reflektieren. Es sind die Halbleiterbauteile an einem Träger angebracht. Die Halbleiterbauteile sind, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, entlang einer Anordnungslinie ringförmig um die Reflexionsfläche herum angeordnet. In einem Zentrum weist der Reflektor eine maximale Höhe auf, bezogen auf eine Bodenseite des Ringlichtmoduls. Die Bodenseite liegt dabei einer Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls gegenüber. Das Zentrum befindet sich in einer geometrischen Mitte einer von der Anordnungslinie umschlossenen Innenfläche, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen und mit einer Toleranz von höchstens 10 % eines mittleren Durchmessers der Innenfläche. In Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, weisen die Hauptemissionsrichtungen, mit einer Toleranz von höchstens 15°, je zu dem Zentrum hin. Entlang der Anordnungslinie sind die Halbleiterbauteile bevorzugt dicht angeordnet.
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Um einen hohen Lichtstrom zu erreichen, ist eine Skalierung einzelner Halbleiterbauteile wie Leuchtdioden hin zu größeren optischen Ausgangsleistungen nur bis zu einem bestimmten Maß technisch sinnvoll. Um eine höhere Lichtleistung zu erreichen, werden dann mehrere Halbleiterbauteile zu Halbleitermodulen gebündelt. Da ein solches Modul aus mehreren, näherungsweise punktförmigen Lichtquellen zusammengesetzt ist, ist für viele Anwendungen eine Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik erforderlich. Insbesondere soll das von dem Modul abgestrahlte Licht hinsichtlich der Lichtfarbe und der Leuchtdichte möglichst homogen sein und über einen möglichst großen Bereich monoton verlaufen und möglichst wenig unstetige Stellen oder scharfe Knicke aufweisen. Ferner soll das Modul möglichst geringe geometrische Abmessungen aufweisen, um einen hohen Lichtstrom und eine hohe Effizienz zu ermöglichen.
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Bei herkömmlichen Modulen wird diese Homogenisierung insbesondere über diffuse optische Elemente erzielt. Ein Diffusormaterial kann hierbei einem Volumenverguss beigegeben sein oder sich beispielsweise in Diffusorplatten befinden, sodass eine Durchmischung des von den einzelnen Halbleiterbauteilen emittierten Lichts zu einem homogenen Erscheinungsbild stattfindet. Hierbei tritt jedoch in der Regel eine Mehrfachstreuung in dem Diffusormaterial auf, was zu einem Effizienzverlust führen kann und außerdem einen Abstrahlwinkel des Moduls in der Regel vergrößert. Um eine Richtwirkung trotz Einsatz eines Diffusors aufrecht zu erhalten, sind in der Regel vergleichsweise aufwändige Reflektoren zu verwenden, die ebenso zu einem Effizienzverlust führen können. Diese genannten Schwierigkeiten treten insbesondere bei planar angeordneten Halbleiterbauteilen auf, deren Emissionsrichtungen parallel zueinander orientiert sind.
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Durch die Anordnung der Halbleiterbauteile entlang der ringförmigen Anordnungslinie und durch den nicht planaren Reflektor ist eine Homogenisierung der Abstrahlung des Ringlichtmoduls erzielbar, ohne dass ein separater Diffusor notwendig ist. Ferner bleibt eine Richtungscharakteristik der Abstrahlung der Halbleiterbauteile erhalten und wird nicht durch einen Diffusor aufgeweitet. Weiterhin ist eine kompakte Anordnung mit einer hohen Leuchtdichte möglich.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Reflexionsfläche um eine spekular oder um eine diffus reflektierende Fläche. Diffus reflektierend kann hierbei bedeuten, dass eine Streuung lediglich in einen kleinen Winkelbereich hinein erfolgt, sodass durch die diffuse Streuung an der Reflexionsfläche keine signifikante Änderung einer Abstrahlwinkelcharakteristik auftritt. Kleiner Winkelbereich kann bedeuten, dass ein Öffnungswinkel eines Streukegels höchstens 4° oder höchstens 6° beträgt.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile entlang der Anordnungslinie derart dicht angeordnet, dass ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen entlang der Anordnungslinie höchstens 300 % oder höchstens 200 % oder höchstens 75 % der mittleren Kantenlänge oder des mittleren Durchmessers der Halbleiterbauteile beträgt. Die mittlere Kantenlänge oder der mittlere Durchmesser wird hierbei insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der Hauptemissionsrichtung bestimmt. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Abstand bei höchstens 3,5 mm oder bei höchstens 5,5 mm.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten und die zweiten Halbleiterbauteile zumindest teilweise abwechselnd entlang der Anordnungslinie angeordnet. Hierdurch ist eine Lichtdurchmischung vereinfachbar.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die räumliche Abstrahlcharakteristika der Halbleiterbauteile voneinander. Beispielsweise umfasst das Ringlichtmodul dann Halbleiterbauteile mit einer ersten, räumlich engeren Abstrahlcharakteristik und andere Halbleiterbauteile mit einer anderen, räumlich breiteren Abstrahlcharakteristik.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul eine Abdeckplatte. Die Abdeckplatte ist bevorzugt an der Strahlungshauptseite angebracht. Über die Abdeckplatte ist ein Schutz der Halbleiterbauteile sowie des Ringlichtmoduls vor äußeren Einflüssen erzielbar. Die Abdeckplatte ist bevorzugt klarsichtig und strahlungsdurchlässig für die im Ringlichtmodul erzeugte Strahlung. Es ist möglich, dass die Abdeckplatte mit optisch wirksamen Beschichtungen wie Antireflexionsschichten oder Filterschichten versehen ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das Ringlichtmodul eines oder mehrere Konversionsmittel. Das mindestens eine Konversionsmittel ist zu einer teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion der von den Halbleiterbauteilen, insbesondere nur der von den ersten Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eingerichtet.
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Alternativ oder zusätzlich können auch die Halbleiterbauteile selbst ein Konversionsmittel umfassen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Konversionsmittel als Schicht an der Abdeckplatte und/oder auf der Reflexionsfläche des Reflektors aufgebracht. Die Halbleiterbauteile stehen hierbei bevorzugt nicht in unmittelbarem Kontakt zu dem Konversionsmittel an der Abdeckplatte und/oder an der Reflexionsfläche. Mit anderen Worten sind die Halbleiterbauteile dann von dem Konversionsmittel beabstandet angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt das Konversionsmittel für die von den zweiten Halbleiterchips emittierte Strahlung optisch neutral und ist insbesondere kein Streumittel. Das heißt, die von den zweiten Halbleiterbauteilen emittierte Strahlung kann das Konversionsmittel ungehindert oder im Wesentlichen ungehindert und unbeeinflusst durchlaufen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche konvex gekrümmt, von den Halbleiterbauteilen aus gesehen. Beispielsweise weist die Reflexionsfläche dann eine hyperbelförmige oder parabelförmige Krümmung auf, im Querschnitt gesehen. Es ist in diesem Fall möglich, dass sich die Halbleiterbauteile in oder nahe einem Brennpunkt der Reflexionsfläche befinden. Insbesondere ist die Reflexionsfläche dann zu einer Fokussierung oder zu einer Parallelisierung der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eingerichtet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche konkav geformt. Durch die Reflexionsfläche kann dann eine Strahlungsaufweitung und eine Vergrößerung eines Abstrahlwinkels erzielt werden.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Halbleiterbauteile in mindestens zwei Reihen um die Reflexionsfläche herum angeordnet. Die Reihen können, in Richtung senkrecht zur Bodenseite, übereinander folgen und in Draufsicht auf die Bodenseite deckungsgleich verlaufen. Ebenso ist es möglich, dass die Reihen oder zumindest zwei der Reihen voneinander verschiedene mittlere Durchmesser aufweisen und, in Draufsicht gesehen, nicht deckungsgleich verlaufen. Weiter ist es möglich, dass die Reihen, in Draufsicht gesehen, verdreht zueinander angeordnet sind. Die Halbleiterbauteile benachbarter Reihen können dann, in Draufsicht, auf Lücke angeordnet sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Hauptemissionsrichtungen von mindestens einem Teil der Halbleiterbauteile, von allen Halbleiterbauteilen oder von den Halbleiterbauteilen in wenigstens einer der Reihen hin zu der Bodenseite. Ein Winkel zwischen der Hauptemissionsrichtung und der Bodenseite ist dann kleiner als 90°. Beispielsweise liegt dieser Winkel zwischen 70° und 90°. Ebenso kann dieser Winkel zwischen einschließlich 45° und > 90° liegen. Alternativ ist es möglich, dass die Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile oder eines Teils der Halbleiterbauteile von der Bodenseite weg weisen. Der Winkel zwischen der Bodenseite und den Hauptemissionsrichtungen liegt dann bevorzugt zwischen einschließlich 90° und 105° oder zwischen einschließlich 90° und 135°.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor aus einem strahlungsdurchlässigen oder halb strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Mit anderen Worten kann der Reflektor dann semi-transparent sein. Ein Teil der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung kann dann den Reflektor durchlaufen. Beispielsweise weist der Reflektor an der Reflexionsfläche einen Reflexionsgrad zwischen einschließlich 30 % und 80 % oder zwischen einschließlich 50 % und 70 % auf.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor chromatisch selektiv reflektierend. Mit anderen Worten kann dann Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich von dem Reflektor an der Reflexionsfläche reflektiert werden und Strahlung in einem hiervon verschiedenen Spektralbereich durchdringt wenigstens zum Teil den Reflektor. Für den letztgenannten Teil der Strahlung wirkt der Reflektor dann bevorzugt refraktiv.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor für zumindest einen Teil der von dem Halbleiterbauteil emittierten Strahlung totalreflektierend gestaltet. Beispielsweise erfährt dann mehr als 50 % oder mehr als 70 % der auf den Reflektor auftreffenden, von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eine Totalreflexion an der Reflexionsfläche. Es ist möglich, dass ein bestimmter Teil der Strahlung, die in einem bestimmten Winkelbereich auf die Reflexionsfläche auftrifft, in den Reflektor eindringt. Insbesondere für solche Strahlung kann in dem Reflektor eine weitere, innen liegende Reflexionsfläche vorgesehen sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche aus mindestens zwei Facetten gebildet. Die Facetten sind bevorzugt durch eine Kante oder einen Knick, also eine insbesondere nicht differenzierbare Stelle, voneinander getrennt. Es ist möglich, dass einzelne der Facetten bestimmten Halbleiterbauteilen oder Reihen von Halbleiterbauteilen zugeordnet sind. Durch die Facettierung der Reflexionsfläche ist eine verbesserte Einstellung einer Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls erzielbar. Ist die Reflexionsfläche nicht facettiert, so handelt es sich bei der Reflexionsfläche, insbesondere im Querschnitt gesehen, um eine stetige und differenzierbare, also glatte, Fläche.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Ringlichtmoduls sind die Halbleiterbauteile, relativ zu der Reflexionsfläche, verschiebbar gelagert. Es können hierbei die Halbleiterbauteile bewegbar gelagert sein oder auch die Reflexionsfläche kann verschoben oder in ihrer Form verändert werden. Dies ist beispielsweise durch eine Mechanik realisierbar oder durch pneumatische oder hydraulische Vorrichtungen. Ebenso ist eine temperaturabhängige Veränderung des Abstands von Halbleiterbauteilen zur Reflexionsfläche, etwa über Bimetalle, erzielbar. Auch können Aktuatoren wie Piezoaktuatoren verwendet werden. Insbesondere kann die Reflexionsfläche von konkav auf konvex gekrümmt und umgekehrt umschaltbar sein.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul mindestens fünf oder mindestens sechs oder mindestens acht oder mindestens zwölf der Halbleiterbauteile. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der Halbleiterbauteile bei höchstens 32 oder bei höchstens 25.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Durchmesser der Innenfläche, die von der Anordnungslinie umschlossen ist, bei mindestens 5 mm oder bei mindestens 8 mm. Der mittlere Durchmesser kann höchstens 50 mm oder höchstens 35 mm betragen. Alternativ oder zusätzlich kann der Reflektor eine maximale Höhe, bezogen auf die Bodenseite, von mindestens 2 mm oder von mindestens 4 mm aufweisen. Ebenso kann die maximale Höhe bei höchstens 50 mm oder bei höchstens 30 mm oder bei höchstens 15 mm oder bei höchstens 9 mm liegen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eines der Halbleiterbauteile oder sind die meisten Halbleiterbauteile oder sind alle Halbleiterbauteile dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Gebrauch je einen Lichtstrom von mindestens 35 lm oder von mindestens 50 lm oder von mindestens 60 lm zu erzeugen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der ersten Halbleiterbauteile, etwa falls diese weißes oder gelbes Licht emittieren.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform trifft mindestens 50 % oder mindestens 75 % oder mindestens 90 % des von den Halbleiterbauteilen emittierten Lichts auf die Reflexionsfläche. Das heißt, die Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls wird dann im Wesentlichen durch den Reflektor bestimmt und ein unmittelbar von den Halbleiterbauteilen emittierter Strahlungsanteil, der das Ringlichtmodul ohne Reflexion an dem Reflektor verlässt, macht bevorzugt nur einen untergeordneten Anteil aus.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Reflexionsfläche für die von den Halbleiterbauteilen emittierte Strahlung einen Reflexionsgrad von mindestens 85 % oder mindestens 90 % auf. Es ist möglich, dass die Reflexionsfläche mit einer Metallbeschichtung, etwa mit Silber oder mit Aluminium, versehen ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche rotationssymmetrisch geformt. Das Ringlichtmodul weist dann beispielsweise eine scheibenförmige oder zylinderförmige äußere Gestalt auf. Eine Rotationsachse verläuft bevorzugt durch das Zentrum des Reflektors und der Reflexionsfläche. Die Halbleiterbauteile sind bevorzugt ebenfalls rotationssymmetrisch angeordnet.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls eine Linse angebracht. Die Linse ist insbesondere aus einem strahlungsdurchlässigen und klarsichtigen Material gebildet. Eine dem Reflektor abgewandte Linsenoberseite weist bevorzugt ein zentrales Minimum auf und eine dem Reflektor zugewandte Linsenunterseite kann ein umlaufendes, ringförmiges Minimum aufzeigen.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt die Linse sowohl durch Reflexion als auch durch Refraktion strahlformend. Es ist möglich, dass ein Teil der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung an der Linsenunterseite in Richtung weg von der Linsenoberseite gelenkt wird, wobei dieser Teil der Strahlung die Linse nicht durchläuft.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile parallel oder senkrecht zu Befestigungsseiten der Halbleiterbauteile orientiert. In dem Fall, dass die Hauptemissionsrichtungen parallel zu den Befestigungsseiten ausgerichtet sind, handelt es sich bei den Halbleiterbauteilen um so genannte side looker.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform verfügen die Halbleiterbauteile über einen gemeinsamen Leiterrahmen. Beispielsweise sind die Halbleiterbauteile dann aus einem gemeinsamen Leiterrahmenverbund heraus gefertigt. Über den Leiterrahmen können die Halbleiterbauteile elektrisch parallel oder auch elektrisch in Serie geschaltet sein. Es ist möglich, dass der Leiterrahmen dann von einem Vergusskörper umgeben ist, in dem auch die Halbleiterbauteile teilweise oder vollständig eingeschlossen sein können. In diesem Fall kann es sich bei den Halbleiterbauteilen um ungehauste Leuchtdiodenchips handeln, die unmittelbar auf den Leiterrahmen montiert und unmittelbar von dem Verguss umgeben sind.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Ringlichtmodul zu einer Abstrahlung an zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten eingerichtet. Beispielsweise sind dann zwei der Reflektoren des Ringlichtmoduls antiparallel zueinander orientiert und, in Draufsicht auf eine der Hauptseiten gesehen, bevorzugt deckungsgleich übereinander angeordnet. Die beiden Reflektoren können gleich oder unterschiedlich voneinander geformt sein, etwa mit voneinander verschiedenen, mittleren Krümmungen.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Ringlichtmoduls angegeben. Bei dem Ringlichtmodul kann es sich um ein Modul handeln, wie in einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Ringlichtmodul offenbart und umgekehrt.
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In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge:
- – Befestigen der Halbleiterbauteile auf dem Träger, und
- – Anbringen des Reflektors an dem Träger, wobei der Träger eine Metallkernplatine, einen Leiterrahmen und/oder eine flexible Leiterplatte umfasst oder ist.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger, nach dem Befestigen der Halbleiterbauteile, zu der Anordnungslinie aufgerollt oder aufgebogen. Bei dem Teil des Trägers, auf dem die Halbleiterbauteile angebracht sind, handelt es sich dann beispielsweise um einen Leiterplattenstreifen, der zu einem Ring geformt wird.
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Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Träger, nach dem Befestigen der Halbleiterbauteile, stellenweise umgeknickt oder umgebogen. Durch das Umknicken oder Umbiegen können die Bodenseite und Seitenwände des Ringlichtmoduls ausgebildet werden. Es ist möglich, dass die Seitenwände segmentiert sind und aus mehreren umgebogenen Teilen gebildet werden oder auch, dass die Bodenseite segmentiert ist. Die Schritte des Aufrollens und des Umbiegens können miteinander kombiniert sein.
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Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Ringlichtmodul sowie ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
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Es zeigen:
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1 bis 5 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen Ringlichtmodulen, und
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6 bis 8 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Ringlichtmodulen.
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In 1 ist ein Herstellungsverfahren für ein Ringlichtmodul 1 illustriert. Gemäß 1A wird ein streifenförmiger Träger 4 bereitgestellt. Ferner werden Halbleiterbauteile 2r, 2y bereitgestellt. Bei den Halbleiterbauteilen 2r, 2y kann es sich um Leuchtdioden mit einem gehausten Leuchtdiodenchip handeln. Die Halbleiterbauteile 2r, 2y weisen dann bevorzugt einen Zwischenträger 27 mit einer Montageseite 24 auf sowie einen linsenförmigen Vergusskörper 28. Der Vergusskörper 28 kann rotationssymmetrisch oder, in Draufsicht auf die Montageseite 24 gesehen, auch ellipsoid geformt sein. Eine Hauptemissionsrichtung 20 ist senkrecht zur Montageseite 24 orientiert. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass Leuchtdiodenchips im ungehausten Zustand auf den Träger 4 montiert werden, vergleiche auch 1B.
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Die im gelben Spektralbereich emittierenden Halbleiterbauteile 2y und die rotes Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2r werden auf dem Träger 4 abwechselnd montiert, siehe 1B. Ein Verhältnis der Anzahl der gelbes Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2y zu den rot emittierenden Halbleiterbauteilen 2r beträgt beispielsweise 2:1. Die Anzahl der Halbleiterbauteile 2r, 2y in 1B ist nur schematisch gezeichnet.
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Gemäß 1C wird der Träger 4 mit den Halbleiterbauteilen 2 zu einem Ring aufgerollt. Nachfolgend wird, siehe 9D, ein Reflektor 3 angebracht. Das resultierende Ringlichtmodul 1 mit insgesamt neun Halbleiterbauteilen 2r, 2y ist in 1E gezeigt.
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Beim Verfahren gemäß 2 werden die Halbleiterbauteile 2r, 2g, 2b auf dem planaren Träger 4 montiert. Der Träger 4 weist einen zentralen Bereich für die Bodenseite 40 und sternförmig angeordnete Bereiche für die Seitenwände 48 auf. In einem weiteren Verfahrensschritt, vergleiche die 2B bis 2D, werden die Bereiche für die Seitenwände 48 umgeklappt, sodass sich das Ringlichtmodul 1 ergibt.
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Gemäß 2A werden die grünes Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2g, die rotes Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2r und die blaues Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2b abwechselnd an den Bereichen für die Seitenwände 48 aufgebracht. Bei dem resultierenden Ringlichtmodul 1 handelt es sich also um ein so genanntes RGB-Modul. Bevorzugt sind die verschiedenfarbig emittierenden Halbleiterbauteile 2r, 2g, 2b unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Ein Anzahlverhältnis der rotes Licht, blaues Licht und grünes Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2r, 2b, 2g liegt beispielsweise bei 1:1:2.
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Anders als in 2A dargestellt, können die Bereiche für die Seitenwände 48 nicht nur rechteckig sondern auch trapezförmig oder dreieckig geformt sein. Entsprechend können die Hauptemissionsrichtungen 20 der Halbleiterbauteile zu der Bodenseite 40 hin weisen, siehe 2B, oder von der Bodenseite 40 weg weisen, vergleiche 2C.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens ist in 3 gezeigt. Gemäß 3A werden die Halbleiterbauteile 2r, 2y auf den streifenförmigen Träger 4 aufgebracht. Die Bereiche für die Bodenseite 40 sind dreieckförmig an den Streifen für die Seitenwände 48 angebracht. In 3B ist zu sehen, dass die Bereiche für die Bodenseite 40 umgeklappt werden und der Bereich für die Seitenwände 48 aufgerollt wird. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Reflektor in 3B nicht gezeigt.
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In 3A sind die gelbes Licht emittierenden Halbleiterbauteile 2y zu Gruppen von jeweils drei Halbleiterbauteilen 2y zusammengefasst. Das Ringlichtmodul 1 umfasst insgesamt acht der Halbleiterbauteile 2y, 2r.
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Die Anordnungen und spektralen Abstrahlcharakteristika der Halbleiterbauteile und die Herstellungsverfahren gemäß der 1 und 3 können auch untereinander kombiniert werden.
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Zur Vereinfachung der Darstellung sind nachfolgend in den 4 bis 8 alle Halbleiterbauteile 2 jeweils als gleichartig gezeichnet. Gelb, weiß, rot, blau und/oder grün emittierende Halbleiterbauteile 2 können in den 4 bis 8 verwendet werden, wie im Zusammenhang insbesondere mit den 1 bis 3 dargestellt.
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Beim Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß 4 werden seitlich emittierende Halbleiterbauteile 2 bereitgestellt, vergleiche 4A. Der Träger 4 ist ringförmig oder plattenartig gestaltet, siehe ebenfalls 4A. Gemäß 4B werden die Halbleiterbauteile 2, deren Hauptemissionsrichtung 20 parallel zu der Montageseite 24 orientiert ist, auf den Träger 4 aufgebracht. In 4B ist der Reflektor nicht gezeichnet.
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In 5 ist schematisch gezeigt, dass der Träger 4 durch einen Leiterrahmen 27 gebildet ist. Die Halbleiterbauteile 2, die auf den Leiterrahmen 27 montiert sind, sind in 5 nicht gezeichnet. Entsprechend der für die Anordnungslinie 42 notwendigen Länge wird der Leiterrahmen 27 vereinzelt, symbolisiert durch die Strich-Linien.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6A ist der Reflektor 3 semi-transparent. Nur ein Teil der Strahlung R wird an der Reflexionsfläche 30 reflektiert. Ein anderer Teil der Strahlung R durchläuft den Reflektor 3 und wird an der Reflexionsfläche 30 insgesamt zwei Mal gebrochen.
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Gemäß 6B ist der Reflektor 3 als spektral abhängig reflektierender Spiegel ausgeführt. Eine Strahlung R1 mit einer ersten spektralen Zusammensetzung wird an der Reflexionsfläche 30 reflektiert. Eine Strahlung R2 mit einer anderen spektralen Zusammensetzung durchläuft den Reflektor 3 und erfährt eine Brechung an der Reflexionsfläche 30. Semi-transparente und/oder dichroitische Reflektoren 3 können auch bei den anderen geometrischen Formen des Reflektors 3 Verwendung finden.
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In 6C ist dargestellt, dass das Ringlichtmodul 1 einen Reflektor 3 mit einer veränderlichen Reflexionsfläche 30a, 30b aufweist. Beispielsweise abhängig von einer Temperatur oder von einem Gasdruck innerhalb des Reflektors 3 kann der Reflektor 3 eine konvexe, Licht sammelnde Reflexionsfläche 30a aufweisen oder eine Licht verteilend wirkende, konkave Reflexionsfläche 30b.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 6D ist gezeigt, dass der Reflektor 3 im Querschnitt gesehen kosinusförmig ausgebildet ist. Die Reflexionsfläche 30 weist in dem Zentrum 44, in dem der Reflektor 3 eine maximale Höhe aufweist, keine Spitze auf, sondern verläuft rund. Die Hauptemissionsrichtungen 20 der Halbleiterbauteile 2 weisen von der Bodenseite 40 weg. Anders als dargestellt ist es wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich, dass die Hauptemissionsrichtungen 20 zu der Bodenseite 40 hin weisen oder parallel zur Bodenseite verlaufen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 6E ist der Reflektor 3 als Kegelstumpf geformt und weist im Querschnitt eine trapezförmige Gestalt auf. Zwischen gegenüberliegenden Halbleiterbauteilen 2 besteht keine direkte, nicht von dem Reflektor 3 unterbrochene Sichtlinie, wie bevorzugt auch in den anderen Ausführungsbeispielen. Der Reflektor 3 liegt vollständig innerhalb eines von dem Träger 4 umschlossenen Volumens.
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Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann an der Lichtaustrittsseite 45 eine Abdeckplatte 6 vorgesehen sein. Ferner optional kann an der Abdeckplatte 6 ein Konversionsmittel 7 zur teilweisen Wellenlängenkonversion der von den Halbleiterbauteilen 2 erzeugten Strahlung vorhanden sein, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
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In 6F sind die Halbleiterbauteile 2 in zwei Reihen angeordnet, die in Richtung senkrecht zur Bodenseite 40 übereinander liegen. Eine entsprechende Anordnung der Halbleiterbauteile 2 in mehreren Reihen oder auch spiralförmig entlang der Seitenwände 48 des Trägers 4 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen. Der Reflektor 3 überragt gemäß 6F den Träger 4, in Richtung weg von der Bodenseite 40.
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Optional ist die Reflexionsseite 30 mit dem Konversionsmittel 7 beschichtet. Anders als gezeichnet ist es möglich, dass sich das Konversionsmittel 7 nur auf bestimmte Teilbereiche der Reflexionsfläche 30 erstreckt. Ein auf dem Reflektor 3 aufgebrachtes Konversionsmittel 7 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein.
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Das Ringlichtmodul 1 gemäß 6G weist zwei Facetten 35 auf. Es ist möglich, dass jede der Facetten 35 genau einer der Reihen der Halbleiterbauteile 2 zugeordnet ist. Anders als gezeichnet können die Facetten, im Querschnitt gesehen, nicht nur gerade verlaufende Flächen sondern auch gekrümmt verlaufende Flächen aufweisen. Beim Ausführungsbeispiel, wie in 6H gezeigt, ist die Reflexionsfläche 30 durch eine Vielzahl von Facetten 35 gebildet. Die Facetten 35 sind durch Kanten voneinander getrennt.
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In 7A sind zwei Träger 4a, 4b mit den zugehörigen, nicht gezeichneten Reflektoren und Halbleiterbauteilen antiparallel aufeinander gestapelt. Hierdurch ist es möglich, dass eine beidseitige und/oder omnidirektionale Emission der Strahlung R erzielt wird.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 7B ist dem Reflektor 3 eine Linse 5 nachgeordnet. Die Linse wirkt sowohl refraktiv als auch reflektiv. Hierdurch ist es möglich, dass ein Teil der Strahlung R entgegen der Hauptemissionsrichtung des Reflektors 3 und/oder der Halbleiterbauteile 2 geführt wird.
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Das Ringlichtmodul gemäß 8, siehe die perspektivische Darstellung in 8A und die Schnittdarstellung in 8B, weist einen konvex geformten Reflektor 3 auf. Hieraus ergibt sich eine enge Abstrahlcharakteristik, siehe 8C. In 8C ist entlang eines Emissionswinkels φ der Lichtstrom Φ aufgetragen. Ein Abstrahlwinkel liegt hierbei bei ungefähr 60°, bezogen auf die volle Breite auf halber Höhe des Maximums, kurz FWHM.
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Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010046255 A1 [0002]