DE102006032428A1 - Strahlungsemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements - Google Patents

Strahlungsemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements Download PDF

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Bert Dr. Braune
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Bauelement (1), das ein optisches Element (3) und einen Gehäusekörper (2) umfasst, der eine Befestigungsvorrichtung (4) aufweist, die in das optische Element (3) eingreift oder dieses umgreift, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) derart gebogen oder mit Vorsprüngen (9) versehen ist, dass das optische Element (3) an dem Gehäusekörper (2) irreversibel fixiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein strahlungsemittierendes Bauelement, das ein optisches Element und einen Gehäusekörper aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauelements.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 199 45 675 A1 ist ein oberflächenmontierbares LED-Gehäuse bekannt, in dem ein LED-Chip angeordnet ist. Dem Chip ist eine Linse nachgeordnet, die ein thermoplastisches Material enthält. Die Linse ist an eine Verkapselung des Chips angebracht.
  • Bei einer Linse, die an eine Verkapselung angebracht ist, besteht die Gefahr einer Ablösung. Einerseits kann dies von einer geringen Haftung eines für die Verkapselung verwendeten Materials, beispielsweise Silikon, an der Linse herrühren, andererseits kann eine geringe mechanische Beständigkeit eines verwendeten Haftmittels die Ursache sein.
    •
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein strahlungsemittierendes Bauelement anzugeben, das eine mechanisch stabile Verbindung zwischen einem optischen Element und einem Gehäusekörper aufweist. Diese Aufgabe wird durch ein strahlungsemittierendes Bauelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements, das eine mechanisch stabile Verbindung zwischen einem optischen Element und einem Gehäusekörper aufweist, anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 18 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Bauelements und Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes strahlungsemittierendes Bauelement umfasst ein optisches Element und einen Gehäusekörper, der eine Befestigungsvorrichtung aufweist, die in das optische Element eingreift oder dieses umgreift, wobei die Befestigungsvorrichtung derart gebogen oder mit Vorsprüngen versehen ist, dass das optische Element an dem Gehäusekörper irreversibel fixiert ist.
  • Eine Verankerung des optischen Elements am Gehäusekörper mittels der Befestigungsvorrichtung ermöglicht eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem optischen Element und dem Gehäusekörper, die gegenüber thermischen oder mechanischen Einwirkungen vergleichsweise unempfindlich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Befestigungsvorrichtung die Gestalt einer Wand auf, die derart gebogen ist, dass sie einen Vorsprung des optischen Elements einfasst. Der Vorsprung ist auf einer dem Gehäusekörper zugewandten Rückseite des optischen Elements und dieses umlaufend ausgebildet.
  • Besonders bevorzugt ragt die Befestigungsvorrichtung aus einer beispielsweise planen Oberfläche des Gehäusekörpers heraus und berandet ein Strahlungsfenster des Gehäusekörpers. Ein dem optischen Element zugewandtes Ende der Befestigungsvorrichtung ist in Richtung des optischen Elements umgebogen und umgibt den Vorsprung formschlüssig. Damit ist das optische Element am Gehäusekörper einerseits irreversibel fixiert. Andererseits kann dadurch eine gute Abdichtung des strahlungsemittierenden Bauelements gegenüber schädigenden Medien, beispielsweise Gasen oder Flüssigkeiten, erzielt werden, die das Bauelement alterungsstabiler macht.
  • Ein Querschnitt der Befestigungsvorrichtung hat beispielsweise die Form eines kreisförmigen oder mehreckigen Ringes. Allgemein ist die Form der Befestigungsvorrichtung an das optische Element angepasst, so dass diese das optische Element formschlüssig umgibt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Befestigungsvorrichtung mindestens zwei Befestigungselemente. Diese können zapfenförmig oder kammartig ausgebildet sein. Dabei weist das optische Element Vertiefungen auf, die in ihrer Größe zumindest der Größe der Befestigungselemente entsprechen. In den Vertiefungen sind die Befestigungselemente angeordnet beziehungsweise eingesteckt.
  • Besonders bevorzugt sind die Vertiefungen als Durchgangslöcher ausgebildet. Somit können die in den Vertiefungen angeordneten Befestigungselemente von der Seite des optischen Elements aus umgebogen werden.
  • Hohlräume zwischen den Vertiefungen und den Befestigungselementen können zumindest teilweise mit einem Material aufgefüllt sein, das einem dem Material des optischen Elements entsprechenden Brechungsindex aufweist. Vorteilhafterweise bleiben dadurch optische Eigenschaften des optischen Elements, das zur Strahlformung vorgesehen ist, im Wesentlichen unverändert.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das optische Element beabstandet vom Gehäusekörper angebracht. Insbesondere besteht zwischen dem optischen Element und dem Gehäusekörper ein Spalt, der bei Erwärmung eine Ausdehnung eines Materials mit einem größeren Ausdehnungskoeffizienten als angrenzende Materialien kompensiert. Dies kann die Gefahr von Rissbildungen aufgrund thermischer Spannungen verringern.
  • Typischerweise umfasst der Gehäusekörper mindestens einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper, der in einer Ausnehmung angeordnet und in eine Umhüllung eingebettet ist. Da die Umhüllung ein bei Wärmeeinwirkung, beispielsweise durch Löten oder thermisches Umformen, sich stärker als der Gehäusekörper oder das optische Element ausdehnendes Material, beispielsweise Silikon, enthält, erweist sich eine Beabstandung von optischem Element und Gehäusekörper als besonders vorteilhaft.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper kann eine Leuchtdiode, insbesondere ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip, sein.
  • Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich insbesondere durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus:
    • – an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
    • – die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf; und
    • – die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
  • Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert'scher Oberflächenstrahler.
  • Die Ausnehmung, in welcher der Halbleiterkörper angeordnet ist, kann trichterartig ausgebildet sein und zusammen mit dem optischen Element die von dem Halbleiterkörper erzeugte Strahlung formen.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper kann Strahlung im kurzwelligen, insbesondere blauen oder ultravioletten, Spektralbereich emittieren.
  • Zur Erzeugung kurzwelliger Strahlung ist besonders ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper geeignet, der eine aktive Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht aufweist, die ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem solchen Halbleiterkörper ist ferner dazu geeignet, längerwellige Strahlung zu emittieren, wenn dem Halbleiterkörper in Abstrahlrichtung ein Konversionselement zur Konversion der kurzwelligen Strahlung in längerwellige Strahlung nachgeordnet ist. Desweiteren ist es dazu geeignet, durch eine Mischung von Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge mischfarbiges beziehungsweise „weißes" Licht zu erzeugen.
  • Vorzugsweise enthält die Umhüllung für einen Wellenlängenkonversion Partikel aus Lumineszenz-Konversionsmaterialien. Geeignete Lumineszenz-Konversionsmaterialien, wie etwa ein YAG:Ce Pulver, sind z.B. in der WO 98/12757 beschrieben, deren Inhalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Gehäusekörper ein Thermoplastmaterial auf. Da ein solches Material verhältnismäßig gut formbar ist, kann die Befestigungsvorrichtung mit relativ geringem technischem beziehungsweise thermischem Aufwand gebogen werden. Besonders bevorzugt ist die Befestigungsvorrichtung mittels eines Prägestempels gebogen.
  • Ferner ist es möglich, dass der Gehäusekörper ein Keramikmaterial enthält.
  • Das optische Element enthält insbesondere ein Material, das bei der zur Bearbeitung der Befestigungsvorrichtung vorherrschenden Temperatur seine Formstabilität gewährleistet.
  • Weiterhin ist das optische Element unter Strahlungseinwirkung, insbesondere kurzwelliger Strahlung, stabil gegenüber Trübungen oder Verfärbungen. Insbesondere ist das optische Element gegenüber einer dauerhaften Einwirkung kurzwelliger Strahlung vergleichsweise hoher Intensität, die zum Beispiel bei Hochleistungs-Lumineszenzdioden-Bauelementen auftreten kann, stabil ausgebildet. Die Gefahr einer strahlungsbedingten Änderung der Strahlformungseigenschaften oder der Transmission des optischen Elements kann so insgesamt während des Betriebs verringert werden.
  • Vorzugsweise enthält das optische Element ein Silikon, Silikonharz, ein Duroplastmaterial wie Epoxidharz oder ein Hybridmaterial, das Silikon und Epoxid enthält.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des strahlungsemittierenden Bauelements ist das optische Element ein refraktives Element, ein diffraktives Element oder ein dispersives Element. Die Strahlformung erfolgt bei refraktiven Elementen durch Brechung, gegebenenfalls über einen ortsabhängigen Brechungsindex (GRIN: GRadienten INdex), bei diffraktiven Elementen durch Beugung und bei dispersiven Elementen durch die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindizes.
  • Beispielsweise ist das optische Element als Linse, etwa diffraktive oder refraktive Linse, oder Reflektor, vorzugsweise jeweils mit einem Fokus oder Fokalbereich, ausgebildet, der dem Halbleiterkörper zugeordnet ist.
  • Die Befestigungsvorrichtung kann mit dem Gehäusekörper einstückig ausgebildet sein. Alternativ, wenn möglicherweise verschiedene Materialien für die Befestigungsvorrichtung und den Gehäusekörper gewünscht sind, kann die Befestigungsvorrichtung als separates Element an den Gehäusekörper angeformt sein.
  • Vorzugsweise ist die Befestigungsvorrichtung thermisch umgeformt, das heißt, dass die Befestigungsvorrichtung unter Wärmeeinfluss gebogen beziehungsweise mit Vorsprüngen versehen ist. Besonders bevorzugt wird dafür ein Prägestempel verwendet, wobei die Befestigungsvorrichtung durch das Aufprägen des Stempels gebogen beziehungsweise mit Vorsprüngen versehen wird. Die Befestigungsvorrichtung verhindert dann eine Ablösung des optischen Elements, und das optische Element ist irreversibel am Gehäusekörper fixiert.
  • Weiterhin kann das strahlungsemittierende Bauelement als SMD (Surface Mount Device)-Bauelement ausgebildet sein, wie es beispielsweise aus dem Artikel „SIEMENS SMT-TOPLED für die Oberflächenmontage" von F. Möllmer und G. Waitl (Siemens Components 29 (1991), Heft 4, S. 147) bekannt ist.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelements angegeben. Das strahlungsemittierende Bauelement kann über die bereits genannten Merkmale hinaus die im Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Merkmale aufweisen.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein optisches Element und ein Gehäusekörper, der eine Befestigungsvorrichtung aufweist, bereitgestellt. Das optische Element wird relativ zum Gehäusekörper so positioniert, dass die Befestigungsvorrichtung in das optische Element eingreift oder dieses umgreift. Dann wird die Befestigungsvorrichtung derart umgeformt, dass das optische Element an dem Gehäusekörper irreversibel fixiert wird. Daraufhin wird die Befestigungsvorrichtung gebogen oder es werden an der Befestigungsvorrichtung Vorsprünge ausgeformt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Befestigungsvorrichtung zumindest teilweise erwärmt, so dass diese plastisch umformbar, aber nicht fließfähig ist. Besonders bevorzugt enthält die Befestigungsvorrichtung ein Thermoplastmaterial, wobei geeignete Temperaturen zur Umformung der Befestigungsvorrichtung im Bereich der Glasübergangstemperatur, Schmelztemperatur oder Plastifiziertemperatur liegen können. Ein thermisches Umformen, insbesondere Nieten, Heißpressen oder Verstemmen, der Befestigungsvorrichtung erfolgt vorzugsweise unter anderem mittels eines Prägestempels.
  • Verfahrenstechnisch ist beim Nieten zwischen dem Warmumform-, Heißstempel- und Heißluftnieten zu unterscheiden.
  • Beim Warmumformnieten erwärmt ein Heizstempel die Befestigungsvorrichtung und biegt diese im selben Herstellungsschritt unter Druck beziehungsweise formt einen Vorsprung aus. Anschließend wird der Stempel abgehoben, und die umgeformte Befestigungsvorrichtung kann auf Umgebungstemperatur abkühlen. Eine Material-Rückstellung der umgeformten Befestigungsvorrichtung kann über die Einstellung der Bearbeitungstemperatur gering gehalten werden. Bei amorphen Thermoplasten liegt eine geeignete Bearbeitungstemperatur unterhalb der Glasübergangstemperatur und bei teilkristallinen Kunststoffen zwischen der Schmelz- und der Glasübergangstemperatur.
  • Vorteilhafterweise ist das Warmumformnieten ein vergleichsweise kostengünstiges Verfahren. Besonders vorteilhaft sind die kurzen Prozesszeiten.
  • Beim Heißstempelnieten erfolgt die Wärmeeinbringung separat von der Umformung der Befestigungsvorrichtung. Zunächst wird die Befestigungsvorrichtung durch einen heißen Stempel erwärmt. Anschließend wird die Befestigungsvorrichtung mit einem Kaltstempel umgeformt beziehungsweise der Vorsprung ausgeformt. Obwohl die Stempeltemperatur im allgemeinen über 300°C beträgt, kann durch eine nachgeschaltete Kühlphase unter Druckeinfluss und Formzwang eine geringere Relaxation des Kunststoffes als beim Warmumformnieten erreicht werden. Allerdings liegt beim Heißstempelnieten eine vergleichsweise lange Prozesszeit vor.
  • Das Heißluftnieten arbeitet in der Erwärmungsphase kontaktlos. Ein kontinuierlich umlaufender Heißluftstrom erwärmt die Befestigungsvorrichtung. Auch hier erfolgt die Erwärmung separat von der Umformung. Durch die nachgeschaltete Kühlphase unter Druckeinfluss und Formzwang kann ebenfalls eine geringe Relaxation des Kunststoffes erreicht werden. Die Bearbeitungsstemperatur liegt in der Regel höher als 300°C.
  • Beim Heißpressen wird die Befestigungsvorrichtung durch Erwärmung und mechanische Krafteinwirkung umgeformt.
  • Eine thermische Umformung kann vor oder nach einer Montage des strahlungsemittierenden Bauelements, beispielsweise auf einer Leiterplatte, durchgeführt werden.
  • Bei einer besonderen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Gehäusekörper mittels Spritzguss, Pressguss oder Spritzpressguss hergestellt. Derartige Verfahren sind zur kostengünstigen Serienproduktion besonders geeignet. Desweiteren kann auch das optische Element mittels Spritzguss, Pressguss oder Spritzpressguss hergestellt werden.
  • Insbesondere können der Gehäusekörper und das optische Element mittels eines 2-K-Spritzgusses hergestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Variante wird ein Leiterrahmen mit dem bereits montierten und kontaktierten Halbleiterkörper in eine Spritzgussform eingeführt und mit einer Formmasse umspritzt, so dass ein spritzgegossener Gehäusekörper entsteht. Mittels eines darauffolgenden Spritzgusses, Pressgusses oder Spritzpressgusses wird das optische Element bevorzugter Weise zeitnah, besonders bevorzugt solange die Formmasse des Gehäusekörpers noch warm ist, auf der Formmasse des Gehäusekörpers spritzgegossen. Das optische Element ist als Folge formschlüssig mit dem Gehäusekörper verbunden. Da eine Oxidation der Formmasse des Gehäusekörpers dann noch gering ist, kann eine gute Haftung zwischen dem optischen Element und dem Gehäusekörper erzielt werden. Vorteilhafterweise kann dadurch die Verankerung des optischen Elements am Gehäusekörper verstärkt werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführung wird das optische Element mittels eines 2-K-Spritzgusses hergestellt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das optische Element einen Vorsprung oder Sockel aufweist, der ein vom Grundkörper verschiedenes Material enthält.
  • Weitere bevorzugte Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile eines strahlungsemittierenden Bauelements gemäß der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden im Zusammenhang mit den 1 bis 4 näher erläuterten Ausführungsbeispielen.
    •
  • Es zeigen:
  • 1a und 1b eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelements mit ungebogener (1a) und gebogener Befestigungsvorrichtung (1b),
  • 2a und 2b ein schematische Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelements aufweisend eine Befestigungsvorrichtung ohne Vorsprünge (2a) und mit Vorsprüngen (2b),
  • 3a eine schematische Seitenansicht und 3b eine schematische Aufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelements,
  • 4a eine schematische Seitenansicht und 4b eine schematische Aufsicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen strahlungsemittierenden Bauelements.
  • In 1a ist ein strahlungsemittierendes Bauelement 1 dargestellt, das einen Gehäusekörper 2 und ein optisches Element umfasst. Das optische Element, das als Sammellinse ausgebildet ist, weist einen Grundkörper 3a und auf seiner Rückseite einen den Grundkörper 3a umlaufenden Vorsprung 3b auf.
  • Das optische Element ist rückseitig in einer Befestigungsvorrichtung 4 angeordnet, die dieses umgreift. Insbesondere ist die Befestigungsvorrichtung 4 als eine das optische Element 3 umgebende Wand ausgebildet, die den Querschnitt eines kreisförmigen Ringes aufweist.
  • Die Befestigungsvorrichtung wird in Pfeilrichtung gebogen, so dass das optische Element an dem Gehäusekörper 2 irreversibel fixiert ist.
  • Vorzugsweise ist das optische Element beabstandet zum Gehäusekörper 2 angeordnet, so dass das strahlungsemittierende Bauelement 1 einen Spalt 6 aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Ausdehnung einer Umhüllung 5 bei Erwärmung kompensiert werden kann, wodurch die Gefahr verspannungsbedingter Rissbildungen, die aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des Gehäusekörpers 2, der Umhüllung 5 und des optischen Elements auftreten können, reduziert ist.
  • Typischerweise füllt die Umhüllung 5 eine Ausnehmung 11 aus. In der Ausnehmung 11 ist ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper 7 angeordnet, der in die Umhüllung 5 eingebettet ist. Zweckmäßigerweise enthält die Umhüllung 5 ein für vom Halbleiterkörper 7 erzeugte Strahlung transparentes und degradationsstabiles Material. Ein geeignetes Material ist bei kurzwelliger Strahlung beispielsweise ein Silikon oder Silikonharz.
  • Vorzugsweise ist die Ausnehmung 11 trichterartig ausgebildet und mit einem reflexionssteigernden Material versehen. Somit kann sie zur Strahlformung beitragen. Die Ausnehmung 11 gibt im Gehäusekörper 2 ein Strahlungsfenster 12 frei, durch welches die von dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper 7 emittierte Strahlung in das optische Element gelangen kann.
  • Der Gehäusekörper 2 umfasst einen zweiteiligen Leiterrahmen 8, wobei der Halbleiterkörper 7 auf einem ersten Teil des Leiterrahmens rückseitig angeordnet und mit einem zweiten Teil vorderseitig mittels eines Drahtes verbunden ist. Mittels des Leiterrahmens 8 ist das strahlungsemittierende Bauelement 1 an eine elektrische Energieversorgung anschließbar.
  • In 1b ist die gebogene Befestigungsvorrichtung 4 dargestellt, die den Vorsprung 3b des optischen Elements einfasst und somit eine Vertikalbewegung des optischen Elements relativ zum Gehäusekörper 2 verhindert. Die gebogene Befestigungsvorrichtung 4 umgibt das optische Element formschlüssig.
  • Die Befestigungsvorrichtung 4 wird thermisch umgeformt. Wie im allgemeinen Teil beschrieben kann dies durch Nieten erfolgen. Die Befestigungsvorrichtung 4 enthält vorzugsweise ein thermoplastisches Material. Das optische Element enthält hingegen ein duroplastisches Material und ist bei der verwendeten Bearbeitungstemperatur formstabil.
  • Das in den 2a und 2b dargestellte Ausführungsbeispiel eines strahlungsemittierenden Bauelements 1 ist wie das erste Ausführungsbeispiel als SMD-Bauelement ausgeführt. Allerdings weist es im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ein den Gehäusekörper 2 abdeckendes optisches Element 3 auf.
  • Bei dem optischen Element 3 handelt es sich um eine Linse, die aus einer zentral angeordneten Konkavlinse und einer die Konkavlinse umlaufenden Konvexlinse besteht. Mit einer derartigen Linse ist es möglich, die von dem Halbleiterkörper 7 erzeugte Strahlungsenergie in einen verhältnismäßig großen Raumwinkel zu verteilen. Das mit der Linse versehene Bauelement 1 ist besonders zur homogenen Ausleuchtung, beispielsweise zur Hinterleuchtung von Displays, geeignet.
  • Das optische Element 3 weist Vertiefungen 10 auf, die sich von der Vorderseite bis zur Rückseite des optischen Elements 3 erstrecken. Die Vertiefungen 10 verjüngen sich zur Rückseite hin.
  • Die Befestigungsvorrichtung 4 greift rückseitig in die Vertiefungen 10 ein. Sie umfasst zwei zapfenförmige Befestigungselemente, die sich passgenau in den verjüngten Teil der Vertiefungen 10 einfügen.
  • In Pfeilrichtung wird die Befestigungsvorrichtung 4 an ihrem dem optischen Element 3 zugewandten Ende mit Vorsprüngen versehen, so dass das optische Element 3 an dem Gehäusekörper 2 irreversibel fixiert ist.
  • Zwischen dem optischen Element 3 und dem Gehäusekörper 2 besteht wie beim ersten Ausführungsbeispiel ein Spalt 6, der zur Kompensation von bei Erwärmung sich ausdehnendem Material, insbesondere dem Material der Umhüllung 5, vorgesehen ist. Desweiteren kann der Spalt 6 mit einem Material gefüllt sein, das einen Brechungsindexsprung an der Grenze zwischen dem Gehäusekörper 2 und dem optischen Element 3 abschwächt.
  • 2b zeigt das in 2a dargestellte strahlungsemittierende Bauelement 1 nach einer Ausbildung von Vorsprüngen 9. Diese sind kopfartig geformt und verhindern an der verjüngten Stelle ein Herausrutschen des optischen Elements 3 aus der Befestigungsvorrichtung 4. Vorzugsweise werden die Vorsprünge 9 gemäß einem der im allgemeinen Teil beschriebenen Verfahren durch thermisches Umformen der Befestigungsvorrichtung 4 hergestellt. Nachträglich können die Vertiefungen mit einem Material aufgefüllt werden, das einen dem optischen Element 3 entsprechenden Brechungsindex aufweist. Somit können die optischen Eigenschaften des optischen Elements 3 gewahrt bleiben.
  • In 3a ist ein strahlungsemittierendes Bauelement 1 dargestellt, dessen Gehäusekörper 2 dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel entsprechende (teilweise nicht dargestellte) Elemente aufweist.
  • Die Befestigungsvorrichtung 4 weist zwei Befestigungselemente auf, wobei sich beide Elemente kammartig auf dem Gehäusekörper 2 erstrecken und das Fenster 12 teilweise beranden. Das optische Element weist für die Befestigungsvorrichtung 4 passende Vertiefungen 10 auf, wie in 3b dargestellt.
  • Das optische Element umfasst einen Grundkörper 3a und einen Sockel 3b mit den Vertiefungen 10. Aufgrund der Anordnung der Vertiefungen 10 im Sockel 3b können die optischen Eigenschaften des Grundkörpers 3a unbeeinflusst bleiben.
  • Das optische Element ist vorzugsweise einstückig mittels Spritzguss hergestellt, wobei die Vertiefungen 10 bei der Herstellung ausgespart werden. Alternativ können die Vertiefungen 10 nach der Herstellung in das optische Element eingebracht werden.
  • Wie in 3a dargestellt weisen die Vertiefungen 10 einen T-förmigen Querschnitt auf und sind ferner, wie 3b zeigt, langgestreckt.
  • Die Befestigungsvorrichtung 4 greift in die Vertiefungen 10 ein und weist an ihrem dem Grundkörper 3a zugewandten Ende Vorsprünge 9 auf, die nach einem Zusammenfügen des optischen Elements und des Gehäusekörpers 2 durch thermisches Umformen gebildet sind. Die Befestigungsvorrichtung 4 und die Vorsprünge 9 ergeben zusammen eine den Vertiefungen 10 entsprechende T-Form.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden das optische Element und der Gehäusekörper 2 entlang zweier gegenüberliegender Seiten des strahlungsemittierenden Bauelements 1 zusammengehalten, wodurch sich im Vergleich zu einer punktuellen Fixierung mittels zweier Zapfen eine besonders stabile Befestigung ergibt.
  • Bei dem in den 4a und 4b dargestellten strahlungsemittierenden Bauelement 1 weist die Befestigungsvorrichtung 4 vier zapfenförmige Befestigungselemente auf. Diese sind im Gehäusekörper 2 versenkt. Auch der Sockel 3b kann im Gehäusekörper 2 versenkt werden, wodurch der Grundkörper 3a im Vergleich zum dritten Ausführungsbeispiel näher an den Gehäusekörper heranreicht.
  • Die Befestigungselemente weisen an ihrem dem Grundkörper 3a zugewandten Ende Vorsprünge 9 auf, die vorzugsweise mittels Heißpressen ausgebildet sind und das optische Element irreversibel am Gehäusekörper 2 fixieren.
  • Die 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.
  • Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102005047063.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims (24)

  1. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) mit einem optischen Element (3) und einem Gehäusekörper (2), der mindestens eine Befestigungsvorrichtung (4) aufweist, die in das optische Element (3) eingreift oder dieses umgreift, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) derart gebogen oder mit Vorsprüngen (9) versehen ist, dass das optische Element (3) an dem Gehäusekörper (2) irreversibel fixiert ist.
  2. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) die Gestalt einer Wand aufweist, die derart gebogen ist, dass sie einen Vorsprung (3b) des optischen Elements einfasst.
  3. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 2, wobei ein Querschnitt der Befestigungsvorrichtung (4) die Form eines kreisförmigen oder mehreckigen Ringes aufweist.
  4. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) zapfenförmige oder kammartige Befestigungselemente aufweist.
  5. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 4, wobei das optische Element (3) der Befestigungsvorrichtung (4) angepasste Vertiefungen (10) aufweist, in welche die Befestigungsvorrichtung (4) eingesteckt ist.
  6. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 5, wobei Hohlräume in den Vertiefungen (10) zumindest teilweise mit einem Material gefüllt sind, das einen dem Material des optischen Elements (3) entsprechenden Brechungsindex aufweist.
  7. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (3) beabstandet von dem Gehäusekörper (2) angebracht ist.
  8. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 7, wobei zwischen dem Gehäusekörper (2) und dem optischen Element (3) ein Spalt (6) gebildet ist zur Kompensation einer thermischen Ausdehnung einer Umhüllung (5).
  9. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehäusekörper (2) ein Thermoplastmaterial enthält.
  10. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (3) formstabil ist.
  11. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 10, wobei das optische Element (3) ein Duroplastmaterial enthält.
  12. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 10, wobei das optische Element (3) ein Silikon enthält.
  13. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 10, wobei das optische Element (3) ein Epoxid enthält.
  14. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (3) ein refraktives Element, ein diffraktives Element oder ein dispersives Element ist.
  15. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) an den Gehäusekörper (2) angeformt ist.
  16. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) thermisch umgeformt ist.
  17. Strahlungsemittierendes Bauelement (1) nach Anspruch 16, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) mittels eines Prägestempels umgeformt ist.
  18. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Bauelements (1) aufweisend ein optisches Element (3) und einen Gehäusekörper (2) mit einer Befestigungsvorrichtung (4) mit den Schritten: – Positionieren des optischen Elements (3) relativ zu dem Gehäusekörper so, dass die Befestigungsvorrichtung (4) in das optische Element (3) eingreift oder dieses umgreift, – Umformen der Befestigungsvorrichtung (4) derart, dass das optische Element (3) an dem Gehäusekörper (2) irreversibel fixiert wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei im zweiten Schritt die Befestigungsvorrichtung gebogen wird oder an der Befestigungsvorrichtung Vorsprünge ausgeformt werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) thermisch umgeformt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Befestigungsvorrichtung (4) mittels Nieten, Heißpressen oder Verstemmen umgeformt wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei der Gehäusekörper (2) mittels Spritzgusses, Pressgusses oder Spritzpressgusses hergestellt wird.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei der Gehäusekörper (2) und das optische Element (3) mittels 2-K-Spritzgusses hergestellt werden.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei das optische Element (3) mittels 2-K-Spritzgusses hergestellt wird.
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