DE102006050376A1 - Leuchtdiodeneinheit - Google Patents
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Abstract
Eine Leuchtdiodeneinheit beinhaltet eine aus eloxiertem Aluminium bestehende Basis (100) und eine an der Basis (100) befestigte Leiterplatte (101), wobei die Leiterplatte (101) ein vorbestimmtes leitendes Muster (102) und eine Öffnung (101a) beinhaltet, die ein Gebiet aufweist, um mindestens einen LED-Chip (113) mittels einer transparenten Paste mit der Basis (100) durch Die-Bonden zu verbinden, wobei eine obere Elektrode des mindestens einen LED-Chips durch Draht-Bonden mittels eines Golddrahtes (110) mit einem auf der Leiterplatte (101) vorgesehenen leitenden Muster (102) verbunden ist, und ein Linsenelement (105), das mindestens zwei Vergussharz-Einspritzlöcher (106c) beinhaltet und an der Leiterplatte (101) befestigt ist, um einen Freiraum zu bilden, der den mindestens einen LED-Chip an der Basis umgibt, wobei der Freiraum über die Harzeinspritzlöcher (106c) mit dem Vergussharz angefüllt wird, um den mindestens einen LED-Chip dicht einzuschließen.
Description
- VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
- Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-320214, eingereicht am 2. November 2005, und beansprucht deren Priorität, wobei deren Inhalt in das vorliegende Dokument durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen wird.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiodeneinheit (LED-Einheit), insbesondere eine LED-Einheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen hohen Leuchtwirkungsgrad, gute Wärmeabführeigenschaften, hohe Haltbarkeit und eine einfache und leicht montierbare Struktur hat.
- Beschreibung der verwandten Technik
- In den letzten Jahren gab es einen merklichen Trend zu einer Entwicklung von LEDs großer Abgabeleistung zur Verwendung in verschiedenen Geräten wie beispielsweise OA-Geräten, Anzeigelampen für Fahrzeuginstrumente, Anzeigelampen für Verkehrssignale, Vorderlichter und dergleichen. Jedoch wird bei Vergrößerung der von einer LED-Einheit ausgesendeten Lichtmenge auch mehr Wärme im LED-Chip erzeugt, was zu einer Verminderung des Leuchtwirkungsgrades der LED-Einheit führt. Außerdem hat eine LED-Einheit, die einen Kunstharzreflektor zur Verbesserung des Reflexionswirkungsgrades von von einem LED-Chip ausgesendeten Licht beinhaltet, einen niedrigen Reflexionswirkungsgrad, da der Reflektor bedingt durch den beträchtlichen Temperaturanstieg in der LED-Einheit beeinträchtigt wird. Außerdem tritt, wenn ein LED-Chip auf einer Metallbasis montiert ist, das Problem auf, dass der LED-Chip von der Basis getrennt werden kann. Daher wurden Vorschläge für eine LED-Einheit gemacht, die Verbesserungen bei der Wärmeabführeigenschaft liefern und eine wärmebedingte Beeinträchtigung des Reflektors und eine wärmebedingte Trennung des LED-Chips von der Basis verhindern (siehe beispielsweise japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2005-136137, Seite 4,
1 ). -
5 und6 stellen eine LED-Einheit dar, die in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2005-136137 offenbart ist. - Die LED-Einheit beinhaltet eine Basis
1 , ein Gehäuse2 , das an der Basis1 befestigt ist, einen LED-Chip3 , der auf der Basis1 getragen wird, und einen Linsenabschnitt4 , der oberhalb des LED-Chips3 angeordnet ist und am Gehäuse2 befestigt ist, wie in5 und6 dargestellt. - Das Gehäuse beinhaltet ein mittiges Loch
2a , in das die Basis1 eingesetzt ist, und einen konkaven Abschnitt2b , der eine sich zum mittigen Loch2a hin fortsetzende geneigte Fläche beinhaltet und eine rechteckige Außenform aufweist. Eine Oberflächenbehandlung wie beispielsweise eine Silberplattierung, die vom LED-Chip3 ausgesendetes Licht reflektiert, ist auf eine Oberfläche des konkaven Abschnittes2b aufgebracht. Eine erste Elektrode5 und eine zweite Elektrode6 , von denen jede durch einen leitenden Film ausgebildet ist, sind auf einer Oberseite der Basis1 angeordnet. Die ersten und zweiten Elektroden5 und6 sind auf die Basis1 mittels eines isolierenden Klebematerials aufgeklebt. Ein Endabschnitt7a eines ersten Anschlussdrahtes7 ist mit der ersten Elektrode5 verbunden, und ein Endabschnitt8a eines zweiten Anschlussdrahtes8 ist mit der zweiten Elektrode6 verbunden (siehe6 ). - Die ersten und zweiten Anschlussdrähte
7 und8 sind mit dem Gehäuse2 durch ein isolierendes Klebematerial wie beispielsweise ein einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden Glas verklebt. - Der LED-Chip
3 ist auf der ersten Elektrode5 montiert und mit der ersten Elektrode5 durch ein leitendes Klebematerial wie beispielsweise eine Silberpaste verklebt, wodurch ermöglicht wird, dass eine auf der Unterseite befindliche Elektrode des LED-Chip3 über die erste Elektrode5 mit dem ersten Anschlussdraht7 elektrisch verbunden ist. Andererseits ist eine an der Oberseite befindliche Elektrode des LED-Chip3 über einen Bond-Draht9 mit der zweiten Elektrode6 elektrisch verbunden. - Wie zuvor beschrieben, ist in der LED-Einheit, wie dargestellt in den
5 und6 , der LED-Chip3 auf der ersten Elektrode5 angeordnet, und vom LED-Chip3 ausgesendetes Licht wird auf der geneigten Oberfläche des konkaven Abschnittes2b reflektiert. - Jedoch tritt in der zuvor erwähnten LED-Einheit, da der LED-Chip
3 auf der ersten Elektrode5 angeordnet ist, das Problem auf, dass es schwierig ist, die Wärme des LED-Chip3 über die Basis1 nach außen abzuführen, und dass die Oberfläche des konkaven Abschnittes2b , auf den die Silberplattierbehandlung angewandt wird, ein relativ großes Ausmaß von direkter Wärme vom LED-Chip empfängt und oxidiert oder sulfuriert werden kann, was zu einer Verminderung des Reflexionswirkungsgrades der Oberfläche führt. - INHALT DER ERFINDUNG
- Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Leuchtdiodeneinheit (LED-Einheit) bereitzustellen, die in der Lage ist, Wärme von einem LED-Chip rasch nach außen abzuführen, die sich leicht montieren lässt und einen hohen Leuchtwirkungsgrad und eine stabile Langzeitleistung erzielt.
- Um das obige Ziel zu erreichen, beinhaltet eine Leuchtdiodeneinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Basis, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, und eine auf der Basis angeordnete Leiterplatte.
- Die Leiterplatte beinhaltet ein vorbestimmtes leitendes Muster und eine durch die Leiterplatte hindurch verlaufende Öffnung. Mindestens ein LED-Chip ist auf der Basis in der Öffnung der Leiterplatte angeordnet und mit dem leitenden Muster elektrisch verbunden. Ein Linsenelement ist auf der Leiterplatte so angeordnet, dass es den LED-Chip abdeckt. Das Linsenelement beinhaltet mindestens zwei Vergussharz-Einspritzlöcher, um ein Vergussharz in einen Freiraum einzuspritzen, der zwischen dem auf der Basis angeordneten LED-Chip und dem Linsenelement vorgesehen ist.
- Bei der zuvor erwähnten Struktur ist das Vergussharz in den Freiraum zwischen dem Linsenelement und dem LED-Chip durch das Einspritzloch eingespritzt, um den LED-Chip dicht einzuschließen.
- Bei der Ausführungsform besteht die Basis aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einer eloxierten Aluminiumplatte.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Draufsicht, die eine erste Ausführungsform einer LED-Einheit gemäß der Erfindung darstellt. -
2 ist eine Seitenansicht von1 . -
3 ist ein Querschnitt entlang Linie A-A von1 . -
4 ist ein Querschnitt, der eine zweite Ausführungsform einer LED-Einheit gemäß der Erfindung darstellt. -
5 ist ein Querschnitt, der eine herkömmliche LED-Einheit darstellt. -
6 ist eine Draufsicht von5 . - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend detailliert mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.
-
1 bis3 stellen eine erste Ausführungsform einer LED-Einheit gemäß der Erfindung dar. - Die LED-Einheit der ersten Ausführungsform beinhaltet eine Basis
100 , die beispielsweise eine im Wesentlichen rechteckige äußere Form hat (siehe1 und2 ). Die Basis100 besteht aus einem Material großer Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einer eloxierten Aluminiumplatte. - Eine Leiterplatte
101 , die im Wesentlichen die gleiche Form wie die Basis100 hat, ist auf einer Oberseite der Basis100 angeordnet. Die Leiterplatte101 beinhaltet ein vorbestimmtes leitendes Muster102 , das auf einer Oberseite von dieser ausgebildet ist (siehe1 und3 ). Das leitende Muster102 beinhaltet eine Mehrzahl von Mustergebieten103 , die beispielsweise auf vier Seiten der rechteckigen Leiterplatte101 angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Durchgangslöcher-Elektroden104 , die einen Kontakt mit ihren jeweiligen Musterzonen103 herstellen, sind an Außenkanten der Leiterplatte101 vorgesehen (siehe1 ). - Eine Öffnung
101a , die durch die Leiterplatte101 hindurch verläuft, ist an einem im Wesentlichen mittigen Abschnitt der Leiterplatte101 vorgesehen (siehe3 ). - Mindestens ein LED-(Leuchtdioden)-Chip
113 ist auf der Basis100 vorgesehen (siehe3 ). Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei LED-Chips113 an der Basis100 befestigt, wie in3 dargestellt. - Wie in
3 dargestellt, ist jeder der LED-Chips113 an der Basis100 in der Öffnung101a der Leiterplatte101 montiert und mit der Basis100 beispielsweise mittels einer durchsichtigen Paste, und zwar in einem Fall einer Silizium-Die-Bond-Paste, durch Die-Bonden verbunden. Nachdem die LED-Chips113 mit der Basis100 durch Die-Bonden verbunden sind, werden die oberen Elektroden eines jeden der LED-Chips113 mit dem auf der Leiterplatte101 vorgesehenen leitenden Muster102 mittels Bond-Drähten, beispielsweise Golddrähten110 , elektrisch verbunden. - Ein Linsenelement
105 ist so angeordnet, dass es die LED-Chips113 abdeckt, und ist an der Oberseite der Leiterplatte101 befestigt. Das Linsenelement105 beinhaltet ein Gehäuse106 mit einem konkaven Abschnitt106a , der konfiguriert ist, um den LED-Chip113 abzudecken, und einen Linsenabschnitt107 , der auf einer Oberseite des Gehäuses106 gegenüberliegend dem konkaven Abschnitt106a vorgesehen ist. In der dargestellten Ausführungsform sind das Gehäuse106 und der Linsenabschnitt107 integral ausgebildet. Der Linsenabschnitt107 weist eine vorbestimmte Krümmung auf. Das Gehäuse106 ist an der Leiterplatte101 derart befestigt, dass eine Innenfläche des konkaven Abschnittes106a so angeordnet ist, dass sie einer Abstrahlfläche eines jeden der LED-Chip113 zugewandt ist (siehe3 ). - In diesem Fall ist es zu bevorzugen, dass einige Teile eines Umfangkantenabschnittes des Gehäuses
106 auf Abschnitten der Leiterplatte101 angeordnet sind, bei denen das leitende Muster102 nicht vorgesehen ist, beispielsweise Eckabschnitten100b (siehe1 ) von vier Ecken der Leiterplatte101 . Dabei ist vorzugsweise ein Resist-Film, der im Wesentlichen die gleiche Dicke wie das leitende Muster102 aufweist, auf jedem der Eckabschnitte der Leiterplatte101 vorgesehen, die mit dem Linsenelement105 in Kontakt kommen. Die Tatsache, dass der Resist-Film, der im Wesentlichen die gleiche Dicke wie das Leitermuster102 aufweist, auf der Leiterplatte101 vorgesehen ist, bedeutet, dass die Oberfläche des Resist-Films und die Oberfläche des leitenden Musters102 auf glei cher Höhe liegen, und dies erlaubt eine stabile Befestigung des Linsenelementes105 an der Leiterplatte101 . - Außerdem ist es zu bevorzugen, ein UV-härtendes Klebematerial oder dergleichen zu verwenden, um das Linsenelement
105 mit der Leiterplatte101 zu verkleben. - Wenn das Linsenelement
105 an der Leiterplatte101 befestigt ist, ist ein Freiraum108 zwischen dem Gehäuse106 und der Basis100 ausgebildet (siehe3 ). - Das Linsenelement
105 besteht vorzugsweise aus einem Silikonharz und weist mindestens zwei, in diesem Beispiel vier Harzeinspritzlöcher106c auf, die in einem Außenumfangsabschnitt des Gehäuses106 vorgesehen sind (siehe1 und3 ). - Ein geeignetes Harz wird durch die Harzeinspritzlöcher
106c in den Freiraum108 eingespritzt, um ein Vergussharz109 auszubilden und die LED-Chips113 dicht einzuschließen. - Es ist zu bevorzugen, ein weiches Silikonkautschukharz oder ein Gel-Silikonharz für das Vergussharz
109 zu verwenden, welches die an der Basis100 montierten LED-Chips113 dicht einschließt. Wenn das Silikonharz ein fluoreszierendes Material oder ein streuendes Material enthält, bietet es einen besseren Schutz gegen eine in einem ultravioletten Bereich verursachte Beeinträchtigung. - Außerdem wird eine oxidationsbedingte Oberflächenkorrosion der Basis
100 durch Eloxieren der Aluminiumplatte verhindert, und ein hohes Reflexionsvermögen kann dadurch erzielt werden, dass ein weiterer Mehrschicht-Beschichtungsfilm auf der Oberseite der eloxierten Aluminiumfläche ausgebildet wird. Außerdem kann die Basis100 gemäß der Erfindung aus einer aluminiumbeschichteten Kupferplatte anstelle der Aluminiumplatte hergestellt werden, die einem Eloxieren unterzogen wurde. Außerdem ist es besser, die aluminiumbeschichtete Kupferplatte zu eloxieren. Werter kann eine Titanoxid enthaltende weiße Paste anstelle der durchsichtigen Paste verwendet werden, um die LED-Chips113 mit der Basis100 zu verkleben. - Als Nächstes wird die Funktionsweise der LED-Einheit mit der zuvor erwähnten Struktur erläutert.
- Bei der ersten Ausführungsform durchläuft von den LED-Chips
113 ausgesendetes Licht das Vergussharz109 zum Linsenelement105 hin und wird durch den Linsenabschnitt107 des Linsenelementes105 gesammelt, um zum Äußeren der LED-Einheit abgestrahlt zu werden. - Dabei weist die Basis, da die Basis
100 , die für ein Montieren der LED-Chips113 auf ihr konfiguriert ist, aus der eloxierten Aluminiumplatte oder der aluminiumbeschichteten Kupferplatte besteht, eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Außerdem kann, da von den LED-Chips113 freigesetzte Wärme direkt zur Basis100 übertragen wird, durch die Basis100 eine rasche Wärmeabführung erzielt werden. - Da außerdem die LED-Chips
113 und das Vergussharz109 in ihrer Gesamtheit durch das Linsenelement105 abgedeckt sind, ist es möglich, für das Vergussharz109 ein weiches, gummiartiges Silikonharz zu verwenden. Das Verwenden eines weichen Vergussharzes in dieser Weise bedeutet, dass innere Spannungen des Vergussharzes gelöst werden können und eine Hochtemperaturzykluseigenschaft erzielt werden kann. - Außerdem tritt, da das über eine hohe Feuchtigkeitsdurchlässigkeit verfügende Silikonharz für das Vergussharz
109 und das Linsenelement105 verwendet wird und fast die gesamte im Harz befindliche Feuchtigkeit während der Vorheiz-Rückflussverdampfung entfernt wird, bei einer Temperaturspitze nur schwer eine Dampfexplosion auf, und die Feuchtigkeitsabsorptions-Rückflusswiderstandsfähigkeit wird verbessert. - Da außerdem das Vergussharz
109 durch die Harzeinspritzlöcher106c eingespritzt wird, ist es möglich, die Menge an eingespritztem Harz auf einem festen Pegel zu halten, und die Erzeugung des Vergussharzes kann leicht bewerkstelligt werden. Insbesondere sind, wenn das eingespritzte Harz weiß ist, Variationen im fluoreszierenden Material oder dem streuenden Material geringer. -
4 stellt eine zweite Ausführungsform der LED-Einheit gemäß der Erfindung dar. - Die LED-Einheit der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen der ersten Ausführungsform darin, dass ein konkaver Abschnitt
200 , der eine Bodenfläche201 und eine geneigte Fläche202 beinhaltet, die sich vom Umfang der Bodenfläche nach oben erstreckt, in einem Befestigungsabschnitt der Basis100 vorgesehen ist, um die LED-Chips113 in diesem zu montieren. - Die geneigte Fläche
202 ist so konfiguriert, dass sie von den LED-Chips113 ausgesendetes Licht reflektiert und das reflektierte Licht zum Linsenelement105 leitet. - Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Oberseite der den konkaven Abschnitt
200 beinhaltenden Basis100 eloxiert, und ein Mehrschicht-Beschichtungsfilm zur Vergrößerung des Reflexionsvermögens ist vorzugsweise auf die Oberseite der eloxierten Aluminiumfläche aufgebracht. Wenn der Mehrschicht-Beschichtungsfilm auf diese Weise vorgesehen ist, erzielt der konkave Abschnitt200 ein hohes Reflexionsvermögen, das für einen längeren Zeitraum beibehalten werden kann. - Außerdem wird bei der zweiten Ausführungsform die Titanoxid enthaltende weiße Paste verwendet, um die LED-Chips
113 mit der Basis100 in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform zu verkleben, und dies verbessert die Wärmeleitfähigkeit und das Wärmeabführvermögen. - Da die Basis
100 , auf der die LED-Chips113 montiert sind, aus einer eloxierten Aluminiumplatte oder einer aluminiumbeschichteten Kupferplatte besteht, hat die Basis100 gute Korrosionsbeständigkeit. - Außerdem wird bei der zweiten Ausführungsform eine Titanoxid enthaltende weiße Paste verwendet, um die LED-Chips
113 durch Bonden mit der Basis100 zu verbinden, was zu verbesserter Wärmeleitfähigkeit und Wärmeabführung führt, und es wird eine Verminderung der Schwankung des Lichtreflexionsvermögens der Reflexionsschale erzielt. - Wie zuvor erwähnt, hat bei der LED-Einheit sowohl der ersten als auch der zweiten Ausführungsform, da die Basis zum Montieren der LED-Chips aus einer Aluminiumplatte mit eloxierter Aluminiumoberfläche oder einer aluminiumbeschichteten Kupferplatte besteht, die LED-Einheit eine gute Korrosionsbeständigkeit. Außerdem wird, da die LED-Chips an der Basis befestigt sind, die Wärme der LED-Chips direkt zur Basis übertragen, so dass eine rasche Wärmeabfuhr zu erwarten ist.
- Da der konkave Abschnitt, der die geneigte Reflexionsfläche beinhaltet, in der Basis ausgebildet ist, in der die LED-Chips montiert werden, kann von den LED-Chips ausgesendetes Licht in effektiver Weise auf dem konkaven Abschnitt reflektiert werden. Außerdem kann, da der Mehrschicht-Beschichtungsfilm auf der eloxierten Aluminiumoberfläche der Basis ausgebildet ist, das Reflexionsvermögen des konkaven Abschnittes weiter verbessert werden.
- Zwar wurden hier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen eingeschränkt, und es sei angemerkt, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können.
Claims (15)
- Leuchtdiodeneinheit, aufweisend: eine Basis, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit besteht; eine Leiterplatte, die ein vorbestimmtes leitendes Muster und eine Öffnung beinhaltet und auf der Basis angeordnet ist; mindestens einen Leuchtdioden-Chip, der auf der Basis in der Öffnung der Leiterplatte angeordnet ist und mit dem leitenden Muster elektrisch verbunden ist; und ein Linsenelement, das mindestens zwei Vergussharz-Einspritzlöcher beinhaltet und so konfiguriert ist, dass es den Leuchtdioden-Chip abdeckt, und das an der Leiterplatte so befestigt ist, dass es einen Freiraum zwischen dem Leuchtdioden-Chip und dem Linsenelement bildet.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, die weiter ein Vergussharz aufweist, das den Freiraum zwischen dem Leuchtdioden-Chip und dem Linsenelement anfüllt.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der das Linsenelement ein an der Leiterplatte befestigtes Gehäuse und einen am Gehäuse vorgesehenen Linsenabschnitt aufweist, wobei das Linsenelement so konfiguriert ist, dass es vom Leuchtdioden-Chip ausgesendetes Licht sammelt.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 3, bei der das Gehäuse und der Linsenabschnitt des Linsenelementes integral ausgebildet sind.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der die Basis aus eloxiertem Aluminium besteht.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der die Basis aus einer aluminiumbeschichteten Kupferplatte besteht.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der der Leuchtdioden-Chip mittels einer transparenten Paste mit der Basis durch Die-Bonden verbunden ist.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 7, bei der die transparente Paste eine Silikon-Die-Bond-Paste ist.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der der Leuchtdioden-Chip mit der Basis mittels einer Titanoxid enthaltenden weißen Paste durch Die-Bonden verbunden ist.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der das Linsenelement aus einem Silikonharz besteht.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 10, bei der das Silikonharz aus einem Gummi-Silikonharz oder einem Gel-Silikonharz besteht.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der ein fluoreszierendes Material und ein streuendes Material im Vergussharz enthalten sind.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der das Linsenelement an der Leiterplatte mittels eines Resist-Films befestigt ist.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der ein konkaver Abschnitt, der eine Bodenfläche und eine geneigte Fläche aufweist, die sich von einem Umfang der Bodenfläche nach oben erstreckt, in der Basis vorgesehen ist, und bei der die mindestens eine Leuchtdiode an der Basis an der Bodenfläche des konkaven Abschnittes befestigt ist.
- Leuchtdiodeneinheit nach Anspruch 1, bei der zur Vergrößerung des Reflexionsvermögens auf der eloxierten Aluminiumfläche der Basis ein Mehrschicht-Beschichtungsfilm ausgebildet ist.
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