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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Licht emittierendem Modul
und einem flexiblen Leitungsträger.
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Die
elektrische Kontaktierung von Licht emittierenden Modulen kann durch
Drahtverbindungen erfolgen. Nachteilig ist bei der Verwendung mehrerer Drahtverbindungen,
dass diese einzeln ausgebildet werden müssen, und dass
ein Mindestabstand zwischen den Drahtverbindungen eingehalten werden muss.
Dadurch wird die Größe der Anordnung aus einem
Leitungsträger und einem Licht emittierenden Modul maßgeblich
festgelegt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kontaktierung eines Licht
emittierenden Moduls zu vereinfachen. Insbesondere ist eine besonders kompakte
Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch
1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Dementsprechend
ist eine Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul und einem
flexiblen Leitungsträger zur elektrischen Versorgung des
Licht emittierenden Moduls vorgesehen, wobei das Licht emittierende
Modul zumindest einen Leuchtdiodenchip aufweist, welcher auf einem
Träger angeordnet ist. Der flexible Leitungsträger
weist hierbei eine Aussparung auf, welche so ausgebildet ist, dass
sie zumindest einen Teil des vom Modul emittierten Lichts hindurch
lässt.
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Der
flexible Leitungsträger kann in vorteilhafter Weise ohne
besonderen technischen Aufwand kundenspezifisch gestaltet werden,
wodurch die Kontaktierung des Licht emittierenden Moduls variabler
und einfacher wird.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Licht emittierende
Modul zwei oder mehr Leuchtdiodenchips, welche auf einem gemeinsamen Träger
angeordnet sind. Hierdurch wird die Strahlungsleistung des Moduls
erhöht.
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In
einer günstigen Ausgestaltung weist der flexible Leitungsträger
eine elektrische Schaltung auf. Die Schaltung kann dabei als Treiber
für das Licht emittierende Modul ausgebildet sein.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen der flexible Leitungsträger
und/oder das Licht emittierende Modul Befestigungsvorrichtungen auf,
welche zur Befestigung des flexiblen Leitungsträgers an
dem Modul ausgebildet sind.
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Vorzugsweise
sind die Befestigungsvorrichtungen als Lötpads und/oder
als Heat-Seal-Vorrichtungen ausgebildet. Dadurch können
der flexible Leitungsträger und das Licht emittierende
Modul zyklenstabil aneinander befestigt werden. Durch die direkte und
Platz sparende Verbindung wird eine kompakte Anordnung des Licht
emittierenden Moduls und des flexiblen Leitungsträgers
erreicht.
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In
einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das
Licht emittierende Modul an einen Kühlkörper thermisch
gekoppelt.
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In
bevorzugter Weise ist der Kühlkörper auf einer
dem flexiblen Leitungsträger abgewandten Seite des Trägers
angeordnet. Die an dem Leuchtdiodenchip entstehende Wärme
kann dadurch an den Kühlkörper abgeführt
werden, ohne den flexiblen Leitungsträger zu durchströmen.
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In
einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung ist die
Lichtquelle des Licht emittierenden Moduls, welche zumindest einen
Leuchtdiodenchip umfasst, zumindest teilweise von einem Rahmen umgeben, auf
welchem ein Schutzfenster angeordnet ist. Das Schutzfenster bietet
einen Schutz der Lichtquelle vor äußeren Einflüssen.
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Der
Aussparung des flexiblen Leitungsträgers kann ein optisches
Element nachgeordnet sein, welches derart ausgebildet ist, dass
es die Abstrahlungscharakteristik des vom Modul emittierten Lichts beeinflusst.
Das optische Element kann dabei einen Optikkörper und/oder
einen Optikhalter aufweisen. "Nachgeordnet" bedeutet, dass das optische
Element der Öffnung des flexiblen Leitungsträgers
in einer Hauptabstrahlrichtung von der Lichtquelle aus gesehen nachfolgt.
Die Beeinflussung der Abstrahlungscharakteristik des vom Modul emittierten
Lichtes geschieht vorzugsweise durch Reflexion an Grenzflächen
und/oder Brechung.
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In
weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungen wird das
optische Element an dem Träger und/oder am Kühlkörper
befestigt, wodurch eine gute Justage der Lichtquelle zu der Optik
erreicht werden kann.
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Weiterhin
können mittels des flexiblen Leitungsträgers ein
weiteres Licht emittierendes Modul oder mehrere weitere Licht emittierende
Module mit dem Licht emittierenden Modul verbunden werden. Vorzugsweise
erzeugen die Licht emittierenden Module Licht mit unterschiedlicher
spektraler Zusammensetzung.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung
ergeben sich anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den 1 bis 7.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul und einem flexiblen
Leitungsträger,
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2 eine
schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul und einem flexiblen
Leitungsträger,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul und einem flexiblen
Leitungsträger,
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4 eine
schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul und einem flexiblen
Leitungsträger und
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5 eine
schematische Schnittdarstellung einer Anordnung mit mehreren Licht
emittierenden Modulen und einem flexiblen Leitungsträger.
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Gleiche
oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Anordnung mit dem Licht emittierenden Modul 2 und einem
flexiblen Leitungsträger 4. Das Licht emittierende
Modul 2 weist einen Leuchtdiodenchip 6 auf, welcher
auf einem Träger 8 angeordnet ist.
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Der
Träger 8 besitzt idealerweise eine gute Wärmeleitfähigkeit.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Träger 8 um
eine Metallkernplatine, die ein Metall wie Kupfer oder Aluminium
enthält. Auf diese Weise wird die im Betrieb vom Leuchtdiodenchip 6 erzeugte
Wärme besonders effizient an den Träger 8 abgeführt.
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Der
Leuchtdiodenchip 6 stellt eine Lichtquelle 10 des
Licht emittierenden Moduls 2 dar. Die Strahlauskoppelfläche
des Leuchtdiodenchips 6 weist beispielsweise eine Fläche
von zirka 1 mm2 auf. Bevorzugt handelt es
sich bei dem Leuchtdiodenchip 6 um einen Dünnfilmleuchtdiodenchip.
In diesem Fall tritt ein Großteil der vom Leuchtdiodenchip 6 emittierten
elektromagnetischen Strahlung aus nur einer Hauptfläche
des Leuchtdiodenchips 6 aus.
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Dünnfilmleuchtdiodenchips
zeichnen sich bevorzugt durch zumindest eines der folgenden Merkmale
aus:
- – An einer zum Trägerelement
hingewandten ersten Hauptfläche der strahlungserzeugenden
Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht oder Schichtenfolge
aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge
erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert.
- – Die Epitaxieschichtenfolge weist bevorzugt eine Dicke
von maximal 20 μm, besonders bevorzugt von maximal 10 μm
auf.
- – Weiter enthält die Epitaxieschichtenfolge
bevorzugt mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer
Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist. Im Idealfall
führt diese Durchmischungsstruktur zu einer annähernd
ergodischen Verteilung des Lichts in der Epitaxieschichtenfolge,
d. h. sie weist ein möglichst ergodisch, stochastisches
Streuverhalten auf.
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Das
Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips ist beispielsweise
in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett.
63(16), 18. Oktober 1993, Seiten 2174 bis 2176 beschrieben,
auf deren Offenbarungsgehalt hiermit voll Bezug genommen wird.
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Der
flexible Leitungsträger 4 ist bevorzugt auf Silikonbasis
oder aus Polyimid gefertigt. Er ist flach ausgebildet, so dass er
wenig Platz beansprucht.
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Der
flexible Leitungsträger 4 weist zumindest eine
Leiterbahn 12 auf. Die Leiterbahnen 12 können in
Weiterbildungen des dargestellten Ausführungsbeispiels
mit einer elektrischen Schaltung verbunden sein, welche beispielsweise
auf dem flexiblen Leitungsträger 4 angeordnet
sein kann (nicht dargestellt). Die Schaltung kann als Steuerschaltung und/oder
Regelschaltung und/oder Verstärkungsschaltung ausgebildet
sein. Sie kann dabei als Treiber für das Licht emittierende
Modul 2 ausgebildet sein.
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Der
flexible Leitungsträger 4 weist eine Aussparung 14 auf.
Die Aussparung 14 ist so auf dem flexiblen Leitungsträger 4 angeordnet,
dass sie mit der Lichtquelle 10 zusammenwirkt. Der flexible
Leitungsträger 4 ist auf der der Lichtquelle 10 zugewandten Seite
des Trägers 8 angeordnet und der Lichtquelle 10 in
Abstrahlrichtung nachgeordnet.
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Die
Aussparung 14 ist beispielsweise gestanzt oder gelocht.
Die Abmessungen der Aussparung 14 sind so ausgebildet,
dass sie größer als die Lichtquelle 10 sind,
so dass die Aussparung 14 zumindest einen Teil des vom
Modul emittierten Lichts hindurch lässt.
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In 2 ist
eine schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Anordnung mit einem Licht emittierenden Modul 2 und
einem flexiblen Leitungsträger 4 dargestellt.
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Die
Lichtquelle 10 umfasst vier Leuchtdiodenchips 6,
welche gleichzeitig elektromagnetische Strahlung erzeugen. Beispielsweise
sind die Leuchtdiodenchips 6 quadratisch, 2 × 2,
angeordnet. Alternativ können Anordnungen mit unterschiedlich
vielen Leuchtdiodenchips 6 ausgebildet sein, z. B. 2 × 3,
1 × 4, usw.
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Auf
dem Träger 8 sind weiterhin Befestigungsvorrichtungen 16 angeordnet.
Die Befestigungsvorrichtungen 16 sind auf der der Lichtquelle 10 zugewandten
Seite des Trägers 8 angeordnet.
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Die
Befestigungsvorrichtungen 16 sind so ausgebildet, dass
sie mit weiteren Befestigungsvorrichtungen 18, welche auf
dem flexiblen Leitungsträger 4 angeordnet sind,
zusammenwirken können. Die Befestigungsvorrichtungen 18 auf
dem flexiblen Leitungsträger 4 sind weisen eine
große elektrische Leitfähigkeit auf und sind elektrisch
leitend mit den Leiterbahnen 12 verbunden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel umgeben die Befestigungsvorrichtungen 18 des
flexiblen Leitungsträgers 4 die Aussparung 14.
Die Nähe der Befestigungsvorrichtung 18 zu der
Aussparung 14 verhindert, dass sich mittels Verwellungen
Teile des flexiblen Leitungsträgers 4 in den Strahlengang
der Lichtquelle 10 ragen und die Lichtquelle 10 abschatten.
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Die
Befestigungsvorrichtungen 16 des Trägers 8 können
als Lötpads oder als Vorrichtungen für einen Heat-Seal-Prozess
als elektrisch leitende Einheiten aus duroplastischem, klebendem
Material ausgebildet sein. Sie können eine mechanische und/oder
elektrische Verbindung mit der Befestigungsvorrichtung 18 des
flexiblen Leitungsträgers 4 eingehen und kontaktieren
die Leuchtdiodenchips 4 (nicht dargestellt).
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Die
Befestigung des Licht emittierenden Moduls 2 an dem flexiblen
Leitungsträger 4 kann beispielsweise durch einen
Lötprozess ausgebildet werden. Alternativ kann sie durch
ein Schweißverfahren oder durch einen Heat-Seal-Prozess
erfolgen.
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Der
Heat-Seal-Prozess zeichnet sich dadurch aus, dass die Befestigungsvorrichtungen 18 des
flexiblen Leitungsträgers 4 bei Temperaturen von vorzugsweise
mindestens 120 Grad C unter einem Druck von mindestens 20 kg/cm2 für mindestens 5 Sekunden auf
die Befestigungsvorrichtungen 16 des Trägers 8 gepresst
werden. Dabei entsteht eine mechanisch feste und elektrisch leitfähige
Verbindung.
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In 3 sind
zwei Licht emittierende Module 2 dargestellt, welche untereinander
mittels des flexiblen Leitungsträgers 4 verbunden
und an einen Kühlkörper 20 gekoppelt
sind.
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Der
Kühlkörper 20 weist Rippen 22 auf,
welche das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen
des Kühlkörpers 20 vergrößern
und dadurch den Kühlprozess verstärken.
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In
der dargestellten Ausführungsform sind die Licht emittierenden
Module 2 mittels Heat-Pipes 24 mit dem Kühlkörper 20 verbunden.
Die Heat-Pipes 24 führen Wärme, welche
an den Licht emittierenden Modulen 2 entsteht, zum Kühlkörper 20.
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Das
Licht emittierende Modul 2 weist einen Rahmen 26 auf,
der die Lichtquelle 10 teilweise umgibt. Auf dem Rahmen 26 ist
ein Schutzfenster 28 angeordnet. Der Rahmen 26 kann
im einfachsten Fall aus zwei parallelen Streifen bestehen, welche
auf dem Träger 8 angeordnet sind, er kann in einer
weiteren Ausführungsform auch alle vier Seiten der Lichtquelle 10 umschließen.
Das Schutzfenster 28 besteht aus Glas. In einer alternativen
Ausbildungsform kann das Schutzfenster 28 aus Kunststoff
gefertigt sein. Allgemein ist das Schutzfenster 28 aus
einem alterungsbeständigen Material gefertigt und bevorzugt
hart ausgebildet. Durch das Schutzfenster 28 wird die Lichtquelle 10 vor äußeren
Einflüssen geschützt.
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In 4 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung mit dem
flexiblen Leitungsträger 4 und dem Licht emittierenden
Modul 2 dargestellt. Es ist ein optisches Element 30 vorgesehen,
das über Schrauben 32 an dem Kühlkörper 20 befestigt
ist. Das optische Element 30 weist einen Optikkörper 34 und
einen Optikhalter 36 auf.
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Bei
der Herstellung einer derartigen Anordnung wird zunächst
das optische Element 30 an dem Kühlkörper 20 befestigt,
beispielsweise mittels einer Schraubverbindung. In einem weiteren
separaten Fertigungsschritt wird der flexible Leitungsträger 4 an das
Licht emittierende Modul 2 gelötet und auf der Rückseite
des Licht emittierenden Moduls 2 ein elastisches oder inelastisch
verformbares, Wärme leitendes Pad 38 an das Licht
emittierende Modul 2 geklebt. In einem weiteren Schritt
wird die Anordnung aus dem Licht emittierenden Modul 2 und
dem flexiblen Leitungsträger 4 mechanisch in die
Halterung aus dem Kühlkörper 20 und dem
optischen Element 30 geklemmt. Durch das elastische oder
inelastisch verformbare, Wärme leitende Pad 38 kann
das mechanische Spiel zwischen dem Kühlkörper 20,
dem Licht emittierenden Modul 2 und dem optischen Element 30 kompensiert
werden.
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Der
Optikkörper 34 ist so angeordnet, dass er von
der Lichtquelle 10 des Moduls im Betrieb erzeugte elektromagnetische
Strahlung zu einer Lichtaustrittsfläche des optischen Elements 40 leitet.
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Die
Lichtaustrittsfläche des optischen Elements 40 ist
durch die Oberfläche des Optikhalters 36 gebildet.
Alternativ kann sie durch die Oberfläche des Optikkörpers 34 gebildet
sein. Sie kann sowohl gekrümmt als auch, wie dargestellt,
eben ausgebildet sein. In weiteren Ausbildungsformen kann die Lichtaustrittsfläche
des optischen Elements 40 konvexe und konkav gekrümmte
Teilbereiche aufweisen. Damit bildet die Lichtaustrittsfläche
des optischen Elements 40 ein optisches Grundelement, beispielsweise
eine konvexe Linse für das optische Element 30.
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Es
ist möglich, dass das optische Element 30 mehrere
Optikkörper 34 aufweist. Dies ist beispielsweise
zweckmäßig, wenn die Lichtquelle 10 aus mehreren
Leuchtdiodenchips 6 gebildet ist. Vorzugsweise ist jeder
Lichtquelle 10 ein einzelner Optikkörper 34 des
optischen Elements 30 zugeordnet. In diesem Fall kann die
Lichtaustrittsfläche des optischen Elements 40 auch
durch die Lichtaustrittsflächen mehrerer Optikkörper 34 zusammengesetzt
sein.
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In
einer Ausgestaltung ist der Optikkörper 34 als
Hohlkörper ausgebildet. In diesem Fall sind seine Innenflächen
reflektierend ausgestaltet, beispielsweise mit einem Metall reflektierend
beschichtet. Alternativ kann der Optikkörper 34 als
Vollkörper ausgebildet sein. In diesem Fall findet eine
Führung von elektromagnetischer Strahlung bevorzugt zumindest
teilweise durch Totalreflexion an seinen Seitenflächen statt.
Zusätzlich kann eine reflektierende Beschichtung des Optikkörpers 34 vorgesehen
sein.
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Der
Optikkörper 34 weist eine Lichteintrittsfläche 42 mit
einer Antireflexionsbeschichtung auf, welche die Lichteinkopplung
in den Optikkörper 34 erhöht. Der Abstand
zwischen der Lichteintrittsfläche 42 des Optikkörpers 34 und
der Lichtaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips 6 ist
maximal 100–250 μm groß. Ein derartig
geringer Abstand ermöglicht die Einkopplung eines möglichst
großen Anteils des vom Leuchtdiodenchip 6 emittierten
Lichts in den Optikkörper 34.
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Der
Optikkörper 34 ist an dem Optikhalter 36 befestigt.
Er kann beispielsweise angeklebt, eingerastet oder eingelegt sein.
Weiter ist es möglich, dass der Optikkörper 34 integral
mit dem Optikhalter 36 verbunden ist. In letztgenannten
Fall kann der Optikkörper 34 gemeinsam mit dem
Optikhalter 36 in einem Spritzguss- oder Spritzpressverfahren
gefertigt sein. Der Optikhalter 36 ist bevorzugt rahmenartig, boxartig
oder nach Art eines Hohlzylinders mit runder oder ovaler Grundfläche
ausgeführt.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die beschriebene
Anordnung gemäß 4 über
den flexiblen Leitungsträger 4 mit zwei weiteren
Licht emittierenden Modulen 2 verbunden ist.
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Die
Licht emittierenden Module 2 können zum Beispiel
geeignet sein, Licht unterschiedlicher spektraler Zusammensetzungen,
zum Beispiel Licht unterschiedlicher Farben, zu erzeugen. So kann
eines der Licht emittierenden Module 2 geeignet sein, Licht
im grünen Spektralbereich zu emittieren. Ein weiteres Licht
emittierendes Modul 2 kann geeignet sein, Licht im roten
Spektralbereich zu emittieren. Das dritte Licht emittierende Modul 2 kann
geeignet sein, Licht im blauen Spektralbereich zu erzeugen.
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In
der dargestellten Ausführungsform sind die Licht emittierenden
Module 2 an ein optisches Projektionsgerät 44 gekoppelt.
Das optische Projektionsgerät 44 ist so ausgebildet,
dass es aus dem von den Licht emittierenden Modulen 2 eingestrahlten Licht
unterschiedlicher Farbe Mischlicht erzeugt. Weiterhin kann das optische
Projektionsgerät 44 Mikrospiegel und/oder Linsen
aufweisen, um den Ausgangsstrahl zu führen und/oder zu
formen.
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Die
Erfindung ist nicht auf 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 von Merkmalen nicht explizit in
den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen
angegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Druckschrift
I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63(16), 18. Oktober 1993,
Seiten 2174 bis 2176 [0029]