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Die Erfindung betrifft eine LED-Baueinheit mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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LED-Baueinheiten, die mit einem LED-Chip ausgestattet sind, zählen heutzutage auf vielen technischen Gebieten zum Stand der Technik. Insbesondere dort, wo auf kleinstem Raum hohe Lichtleistung benötigt wird, wie beispielsweise in der Endoskoptechnik, werden LED-Chips mit vertikalem Aufbau eingesetzt. Diese verhältnismäßig großflächigen und typischerweise auf einer Platine eingesetzten Chips weisen an ihrer lichtemittierenden Vorderseite einen Anschlusskontakt in Form eines Kontaktpads auf, sowie einen weiteren Anschlusskontakt in Form eines Kontaktpads auf der Rückseite. Dabei ist der Kontaktpad auf der Vorderseite möglichst klein gestaltet, um eine möglichst große Licht emittierende Fläche zu erhalten. Der rückseitige Kontaktpad hingegen erstreckt sich über nahezu die gesamte Chipfläche und dient nicht nur zur elektrischen Verbindung, sondern gleichzeitig auch zur Wärmeabfuhr. Die Anordnung des Kontaktpads auf der Vorderseite des LED-Chip kann an unterschiedlichen Stellen vorgesehen sein. Insbesondere bei kleinen Chips findet man jedoch eine im Wesentlichen mittige Anordnung vor.
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Insbesondere im medizinisch-endoskopischen Bereich, aber auch in anderen technischen Bereichen, ist dem LED-Chip typischerweise ein optisches Bauteil zugeordnet, beispielsweise eine Linse zur Strahlformung, eine Planscheibe zum Schutz des LED-Chip, ein Konverterelement zur Umwandlung der Wellenlänge der emittierten Strahlung oder dergleichen. Dieses optische Bauteil kann aus einem oder mehreren der vorgenannten oder auch anderen optischen Komponenten bestehen und ist mit oder ohne Abstand zur Vorderseite des LED-Chip angeordnet und gewöhnlich indirekt fest mit diesem verbunden.
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Dabei zählt es zum Stand der Technik, die Kontaktierung des Anschlusskontaktes an der lichtemittierenden Vorderseite des LED-Chip durch Bonden mit einem metallischen Draht herzustellen. Dieser, abhängig von der Position des Anschlusskontaktes, beispielsweise in der Mitte des LED-Chip auf der Vorderseite angelötete Draht wird im Bogen zur Seite herausgeführt und dort auf eine Platine aufgelötet, auf der auch der LED-Chip sitzt. Von der Platine sind Leitungen proximalwärts geführt, über welche die Spannungsversorgung erfolgt. Der Freiraum zwischen dem LED-Chip und dem optischen Bauteil wird teilweise mit einer Zwischenschicht verfüllt, beispielsweise mit einem aushärtenden Kunstharz, mit möglichst hoher Lichtdurchlässigkeit, bleibt teilweise aber auch unverfüllt.
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Nachteilig bei der bekannten Bauform ist, dass aufgrund der bogenförmigen Führung des elektrischen Anschlussdrahtes der Abstand zwischen dem LED-Chip und dem optischen Bauteil vergleichsweise groß ist. Dies bedingt nicht nur eine entsprechende axiale Erstreckung des Bauteils, sondern ist auch hinsichtlich des optischen Wirkungsgrades von Nachteil, da mit zunehmendem Abstand zwischen der Vorderseite des LED-Chip und dem optischen Bauteil der Anteil der durch das optische Bauteil geführten Strahlung aufgrund des Blendeneffekts kleiner wird. Schließlich können in der Zwischenschicht Alterungsprozesse auftreten, die sich mit zunehmender Schichtdicke verstärken und die Lichtdurchlässigkeit im Laufe der Zeit negativ beeinflussen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine LED-Baueinheit zu schaffen, bei der die vorgenannten Nachteile vermindert sind und die bei geringer Baugröße eine hohen optischen Wirkungsgrad aufweisen kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben. Dabei können gemäß der Erfindung die in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegebenen Merkmale jeweils für sich aber auch in geeigneter Kombination die erfindungsgemäße Lösung gemäß Anspruch 1 weiter ausgestalten.
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Die erfindungsgemäße LED-Baueinheit weist einen LED-Chip mit mindestens einem Anschlusskontakt an der Licht emittierenden Vorderseite des LED-Chip auf sowie ein optisches Bauteil, welches an der Vorderseite des LED-Chip angeordnet ist. Gemäß der Erfindung ist das optische Bauteil an seiner dem LED-Chip zugewandten Seite zumindest abschnittsweise mit mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen, welche elektrisch leitend mit dem mindestens einen Anschlusskontakt an der Vorderseite des LED-Chip verbunden ist und welche randseitig kontaktiertbar ist.
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Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lösung ist es, durch das Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht an der zum LED-Chip weisenden Seite des optischen Bauteils und der Kontaktierung dieser elektrisch leitenden Schicht mit dem mindestens einen Anschlusskontakt an der Vorderseite des LED-Chip, also an der Licht emittierenden Seite, den Abstand zwischen dem optischen Bauteil und dem LED-Chip zu minimieren. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung kann nicht nur die axiale Länge der LED-Baueinheit verringert werden, sondern es kann darüber hinaus der optische Wirkungsgrad, insbesondere die aus dem optischen Bauteil austretende Lichtmenge vergrößert werden. Durch die Verringerung des Abstandes zwischen LED-Chip und optischem Bauteil wird der Blendeneffekt verkleinert, weshalb ein größerer Anteil der von dem LED-Chip emittierten Strahlung durch das optische Bauteil hindurchtritt. Weiterhin wird durch die Verkleinerung dieses Abstandes auch die Dicke einer etwaigen vorgesehenen Zwischenschicht vermindert, sodass Alterungsprozesse oder andere die Lichtdurchlässigkeit negativ beeinträchtigende Vorgänge geringeren Einfluss auf die austretende Strahlungsmenge haben als dies beim Stand der Technik der Fall ist.
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Schließlich kann dadurch, dass durch die elektrisch leitfähige Schicht eine Kontaktierbarkeit im Randbereich ermöglicht wird, auch die räumliche Ausdehnung in Richtung quer zum Strahlenverlauf deutlich geringer sein, da der LED-Chip platinenfrei in der LED-Baueinheit geführt werden kann.
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Die elektrisch leitfähige Schicht erstreckt sich typischerweise nur Abschnittsweise über die dem LED-Chip zugewandte Seite des optischen Bauteils. Sie kann jedoch auch vollflächig sein, wenn dabei die Lichtdurchlässigkeit gewährleistet ist. Auch ist es denkbar, eine feine Gitterstruktur über die gesamte Oberfläche vorzusehen.
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Unter optischem Bauteil im Sinne der vorliegenden Erfindung ist nicht nur ein optisches Bauelement, wie beispielsweise eine Linse, eine Schutzscheibe, ein Konverterelement oder dergleichen zu verstehen, sondern vielmehr auch Kombinationen davon, beispielsweise ein Konverterelement mit nachfolgender Linse oder eine Linse mit nachfolgendem Schutzglas. Es versteht sich, dass auch dann, wenn das optische Bauteil aus mehreren Einzelelementen aufgebaut ist, die elektrisch leitfähige Schicht an der Seite des optischen Bauteils angeordnet ist, welche dem LED-Chip am nächsten und diesem zugewandt ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der LED-Chip einen vertikalen Aufbau also einen weiteren Anschlusskontakt an der Rückseite aufweist. Typischerweise ist ein Anschlusskontakt in Form eines Anschlusspads an der lichtemittierenden Vorderseite des LED-Chip und der andere an der Rückseite vorgesehen. Es können gemäß der Erfindung jedoch auch mehrere Kontakte an der Vorder- und/oder Rückseite vorgesehen sein. Der vertikale Aufbau des LED-Chip ermöglicht eine besonders kompakte Bauform der LED-Baueinheit und gewährt darüber hinaus eine hohe Lichtausbeute.
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Die elektrisch leitende Schicht ist vorteilhaft aus zwei oder mehreren übereinanderliegenden Einzelschichten gebildet, wobei die einzelnen Schichten typischerweise unterschiedlichen Anforderungen Rechnung tragen. So ist es vorteilhaft, die für die elektrische Leitung eigentlich vorgesehene Schicht aus einem Edelmetall, vorzugsweise aus Gold, zu bilden. Um die Haftung auf einem optischen Bauteil, beispielsweise aus Glas, zu verbessern kann es jedoch zweckmäßig sein, eine Haftvermittlerschicht zwischen dem optischen Bauteil und der elektrisch leitfähigen Schicht vorzusehen, beispielsweise aus Chrom, um auf diese Weise eine bessere Haftung der elektrisch leitfähigen Schicht am optischen Bauteil zu erreichen. Schließlich können weitere elektrisch leitende Schichten vorgesehen sein, um beispielsweise die Schichtdicke zu erhöhen und/oder die Kontaktierung zu verbessern. Die Schichten werden vorzugsweise durch Aufdampfen erstellt, wobei das Aufdampfen entweder über eine Schablone erfolgt, sodass nur die Bereiche des optischen Bauteils mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen werden, die zur Kontaktierung des Anschlusskontaktes sowie zur Leitung des Stroms in den Randbereich erforderlich sind und die in der Schablone ausgespart sind oder aber es erfolgt eine vollflächige Beschichtung mit nachfolgendem Entfernen der frei zu haltenden Bereiche, wie dies beispielsweise aus der Platinenherstellung bekannt ist.
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Grundsätzlich kann der Freiraum zwischen der Vorderseite des LED-Chip und dem optischen Bauteil, insbesondere im Bereich neben der elektrisch leitenden Schicht, evakuiert, gasgefüllt oder, was hinsichtlich der Fixierung und Stabilität der Einheit von Vorteil ist, mit einer Zwischenschicht versehen sein, die vorzugsweise als gießfähige oder pastöse und aushärtbare Zwischenschicht gebildet ist und sich in dem Bereich neben dem Anschlusskontakt erstreckt. Diese Zwischenschicht kann konstruktionsbedingt sehr dünn ausgelegt werden, sodass etwaige Alterungsprozesse oder sonstwie begründete Verschlechterungen in der Lichtdurchlässigkeit praktisch keinen spürbaren Einfluss auf den optischen Wirkungsgrad der LED-Baueinheit haben.
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Vorzugsweise ist die elektrisch leitfähige Schicht an der zum LED-Chip gerichteten Seite des optischen Bauteils in Form und Größe an den an der Vorderseite des LED-Chip vorgesehenen Anschlusskontakt, insbesondere dem Anschlusspad angepasst, d. h. entspricht diesem, um einen möglichst guten elektrischen Übergang zwischen den Bauteilen sicherzustellen. Andererseits sollte der aktive Teil des LED-Chip, also der Teil, der Licht emittiert, möglichst wenig durch die elektrisch leitende Schicht an der gegenüberliegenden Seite des optischen Bauteils abgeschattet werden, weshalb gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, nur einen schmalen Steg in der elektrisch leitenden Schicht vorzusehen, der vom Anschlusskontakt zum Rand des optischen Bauteils führt und schmaler als der Anschlusskontakt ist. Dieser Stegbereich ist ausschließlich im Hinblick auf eine maximal zu erwartende Stromstärke zu konzipieren, anders als der übrige Bereich, der zur Kontaktierung vorgesehen ist und von daher vorzugsweise größer dimensioniert wird.
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Um eine konstruktiv einfache Kontaktierung und gute Stromleitfähigkeit zu erreichen, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die elektrisch leitfähige Schicht am optischen Bauteil im Randbereich ringförmig umlaufend ausgebildet. Dies ist insbesondere von Vorteil wenn die elektrisch leitende Verbindung über den gesamten Umfang erfolgt, aber auch wenn eine abschnittsweise Kontaktierung vorgesehen ist, da diese dann unabhängig von der Orientierung des optischen Bauteils um die optische Achse erfolgen kann.
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Vorteilhaft ist es, die elektrisch leitfähige Schicht am optischen Bauteil zumindest im Bereich des Anschlusskontakts mit einer Lotschicht zu versehen, und zwar derart, dass diese eine zur Vorderseite des LED-Chip gerichtete Erhöhung bildet. Diese Lotschicht wird bevorzugt aufgeschmolzen und somit mit dem Anschlusskontakt, insbesondere dem Anschlusspad an der Vorderseite des LED-Chip elektrisch leitend dauerhaft verbunden. Eine solche Lötverbindung kann beispielsweise durch Laserlöten durch das Optikbauteil hindurch oder durch Induktionslöten, durch Dampfphasenlöten oder Aufschmelzen des Lots in einem Ofen erfolgen. Alternativ kann hier auch eine Klebverbindung mit einem elektrisch leitfähigen Kleber erfolgen. Die Erhöhung der Kleberschicht ist auch hier von Vorteil, da eine gezielte Kraftaufbringung beim Herstellen der Klebverbindung im Bereich der zu kontaktierenden Fläche erfolgen kann.
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Während die ringförmige Ausbildung der leitenden Schicht an der zum LED-Chip gerichteten Seite des optischen Bauteils den Vorteil hat, dass durch eine solche Anordnung eine nur sehr geringe Abschattung erfolgt, d. h. nahezu die gesamte Fläche des optischen Bauteils frei für den Lichtdurchtritt bleibt, hat die erfindungsgemäße Weiterbildung, bei der die elektrisch leitfähige Schicht am optischen Bauteil sich auch umfangseitig erstreckt und dort vorzugsweise mit einem umgebenden ringförmigen Leitungsbauteil elektrisch leitend verbunden ist, den großen Vorteil der großflächigen und einfachen Kontaktierung. So kann das ringförmige Leitungsbauteil vorzugsweise über den gesamten Umfang mittels eines leitfähigen Klebstoffs oder mittels Lot mit dieser umfangseitig sich erstreckenden elektrisch leitfähigen Schicht großflächig verbunden werden, was hinsichtlich des elektrischen Widerstandes günstig ist, andererseits kompakt bauend ist, da das Leitungsbauteil ringförmig und vergleichsweise dünnwandig ausgebildet sein kann, also weniger Platz beansprucht als beispielsweise ein oder mehrere seitlich geführte elektrische Leitungsdrähte.
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Um die aus der LED-Baueinheit austretende Lichtemission weiter zu steigern ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die elektrisch leitfähige Schicht am optischen Bauteil vom LED-Chip weg bzw. zum optischen Bauteil hin hoch reflektierend auszubilden, wobei sich diese Schicht vorteilhaft auch im Bereich neben dem LED-Chip erstreckt, sodass sie beispielsweise Strahlung, die dem optischen Bauteil entstammt, also beispielsweise Konverterstrahlung, und rückwärts, d. h. in Richtung LED-Chip, gerichtet ist, zumindest in dem Chip benachbarten Bereich des optischen Bauteils an dieser hoch reflektierenden Schicht nach vorne reflektiert wird und an der dem LED-Chip abgewandten Seite des optischen Bauteils austreten kann. Hierdurch kann eine Vergrößerung der austretenden Lichtmenge erzielt werden.
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Vorzugsweise ist die LED-Baueinheit platinenfrei gestaltet, d. h. der LED-Chip ist nicht, wie beim Stand der Technik bekannt, auf einer Platine angeordnet, sondern direkt auf einem Träger, der vorteilhaft durch den elektrischen Leiter gebildet ist, welcher den Anschlusskontakt an der Rückseite des LED-Chip kontaktiert und proximalwärts geführt ist, um die Spannungsversorgung mit einem dort vorgesehenen Steuergerät sicherzustellen. Der elektrische Leiter, der den Träger des LED-Chip bildet, ist darüber hinaus so dimensioniert, dass er nicht nur zur elektrischen Versorgung, sondern insbesondere auch zur Abfuhr der im LED-Chip im Betrieb entstehenden Verlustwärme geeignet ist. Dies ist insbesondere bei engen Einbauräumen und endoskopischen Anwendungen wichtig, da sichergestellt sein muss, dass die Außenseite der LED-Baueinheit eine höchstzulässige Temperatur nicht überschreitet. Die Dimensionierung des elektrischen Leiters wird daher typischerweise querschnittsmäßig ein Vielfaches des für die elektrische Leitung erforderlichen Querschnitts sein, um eine intensive Wärmeabfuhr zu gewährleisten.
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Um die LED-Baueinheit kompakt und universell einsetzbar zu gestalten, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine elektrisch leitende, vorzugsweise metallische Hülse vorgesehen, die elektrisch leitend mit dem Anschlusskontakt an der Vorderseite des LED-Chip verbunden ist und die das optische Bauteil und den LED-Chip aufnimmt. Die Kontaktierung dieser metallischen Hülse erfolgt vorteilhaft umfangseitig des optischen Bauteils. Hier kann durch einen leitfähigen Klebstoff oder eine Lötverbindung ein hermetischer Abschluss gebildet werden. Ein entsprechender Abschluss ist zwischen dem LED-Chip und der Hülse vorteilhaft vorzusehen, um eine vollständige hermetische Kapselung zu erreichen. Die Hülse bildet dann ein Gehäuse und andererseits den elektrischen Leiter zum Anschluss des vorderseitigen Anschlusskontaktes, wohingegen der Anschluss des rückseitigen Anschlusskontaktes durch einen elektrischen Leiter, beispielsweise einem Koaxialkabel oder ein Kupferkabel gebildet sein kann.
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Eine solche zumindest endseitig gekapselte LED-Baueinheit kann vorteilhaft am distalen Ende eines endoskopischen Schaftinstrumentes eingegliedert werden, wozu lediglich die metallische Hülse dicht und fest mit dem Schaft zu verbinden ist. Alternativ kann die metallische Hülse auch durch das distale Schaftende des Schaftinstrumentes selbst gebildet werden, hierdurch können die Abmessungen des Schaftinstrumentes weiter reduziert werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist der LED-Chip vorzugsweise durch eine Laserdiode gebildet.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in stark vereinfachter schematischer Darstellung den Aufbau einer LED-Baueinheit nach dem Stand der Technik in Seitenansicht,
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2 den Aufbau der erfindungsgemäßen LED-Baueinheit in Darstellung entsprechend 1,
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3 einen alternativen Aufbau in Darstellung entsprechend 2,
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4 in schematischer Darstellung eine Ansicht des optischen Bauteils auf seine zum LED-Chip gerichtete Seite,
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5–8 alternative Ausführungen in Darstellung nach 4,
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9 den Aufbau einer LED-Baueinheit mit Gehäuse,
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10 eine alternative Ausführung in Darstellung gemäß 9,
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11 einen LED-Chip mit verbundener optischer Baueinheit bestehend aus zwei Bauelementen in Darstellung entsprechend 2 und
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12 eine LED-Baueinheit als Teil des distalen Schaftendes eines endoskopischen Instruments.
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Anhand von 1 ist eine LED-Baueinheit dargestellt, wie sie zum Stand der Technik zählt. Sie besteht aus einem LED-Chip 1 mit vertikalem Aufbau, der an seiner Licht emittierenden Vorderseite einen Anschlusskontakt 2 in Form eines Anschlusspads aufweist, der mittig in der Vorderseite angeordnet ist. Der LED-Chip 1 hat eine Quaderform und ist zur Vorderseite hin gesehen quadratisch. Er hat an seiner Rückseite, die von der Vorderseite gegenüberliegend abgewandt angeordnet ist, einen weiteren rückseitigen Anschlusskontakt 3 in Form eines Anschlusspads. Wie die Darstellung verdeutlicht, ist der rückseitige Anschlusskontakt 3 deutlich größer ausgestaltet als der vorderseitige Anschlusskontakt 2, da über ersteren auch ein Großteil der im Betrieb erzeugten Verlustwärme abgeführt wird. Der Anschlusskontakt 2 ist deutlich kleiner ausgebildet, um eine möglichst große Licht emittierende Fläche zu erhalten. Der LED-Chip 1 ist mit einem rückseitigen Anschlusskontakt 3 elektrisch leitend mit einer Leiterbahn auf einer Platine 4 verbunden, die eine weitere Leiterbahn aufweist, an die ein Draht 5 anschließt, dessen anderes Ende an den vorderseitigen Anschlusskontakt 2 gebondet ist. Der elektrische Anschluss des LED-Chip 1 erfolgt über an der Platine 4 angelötete Leitungen, die zu einem Steuergerät zur Spannungsversorgung führen.
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Mit deutlichem Abstand zum LED-Chip 1 und zum Anschlusskontakt 2 ist ein optisches Bauteil 6 angeordnet. Der zwischen dem optischen Bauteil 6 und dem LED-Chip 1 gebildete Freiraum um den Anschlusskontakt 2 und den Draht 5 herum ist mit einer lichtdurchlässigen aushärtenden Vergussmasse ausgefüllt und bildet eine Zwischenschicht 7, welche den LED-Chip 1 mit dem optischen Bauteil 6 verbindet. Das optische Bauteil 6 sitzt in einem hier nicht im Einzelnen beschriebenen lichtundurchlässigen Rahmen 8, welcher den Lichtaustritt durch das optische Bauteil 6 zur Seite hin begrenzt. Der LED-Chip 1 hat das Abstrahlprofil eines Lambert-Strahlers, d. h. er emittiert in alle Richtungen des vor ihm liegenden Raumes, hier insbesondere der Zwischenschicht 7, sodass sich durch den Rahmen 8 des optischen Bauteils 6, der beispielsweise durch das umgebende Gehäuse gebildet sein kann, ein relativ enger Abstrahlwinkel 9 ergibt, der mit zunehmendem Abstand zwischen dem LED-Chip 1 und dem optischen Bauelement 6 enger wirkt.
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Demgegenüber unterscheidet sich die erfindungsgemäße Baueinheit, wie insbesondere anhand von 2 sichtbar ist. Auch hier weist der LED-Chip 1 einen vergleichsweise kleinen Anschlusskontakt 2 in Form eines Anschlusspads an der Licht emittierenden Vorderseite sowie einen größeren Anschlusskontakt 3 in Form eines Anschlusspads an der Rückseite auf. Das optische Bauteil 6 ist jedoch mit deutlich geringerem Abstand zum LED-Chip 1 angeordnet. Die elektrische Verbindung zum Anschlusspad 2 an der Vorderseite des LED-Chip 1 ist nicht durch einen Draht 5 sondern durch eine elektrisch leitende Schicht 10 an der Unterseite des optischen Bauteils 6, also an der dem LED-Chip 1 zugewandten Seite des optischen Bauteils 6 gebildet. Diese elektrisch leitfähige Schicht 10 weist einen dem Anschlusspad 2 gegenüberliegenden und in Form und Größe geringfügig kleiner ausgebildeten Kontaktbereich 11 auf, über den die elektrische Verbindung mit dem Anschlusspad 2 gebildet ist sowie einen vergleichsweise schmalen Stegbereich 12, der den Kontaktbereich 11 elektrisch leitend mit dem Randbereich des optischen Bauteils 6 verbindet.
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Bei der Ausführung nach den 3 und 4 weist der LED-Chip 1 in Abstrahlrichtung gesehen eine quadratische Form auf, wohingegen das optische Bauteil 6 kreisrund ausgebildet ist und einen Durchmesser aufweist, der größer als die Diagonale des LED-Chip 1 ist. Bei der Ausführung nach 4 ist der Stegbereich 12 elektrisch leitend mit einem ringförmigen Bereich 13 verbunden, der am Rand des optischen Bauteils 6 auf der zum LED-Chip 1 gerichteten Seite gebildet ist. Über den Stegbereich 12 und insbesondere auch den umlaufenden ringförmigen Bereich 13 kann der Anschlusskontakt 2 des LED-Chip 1 kontaktiert werden.
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Wie die Ausführungsvariante gemäß 2 verdeutlicht, kann zusätzlich oder alternativ zu dem ringförmigen Bereich 13 ein weiterer ringförmiger Bereich 14 vorgesehen sein, der sich umfänglich des optischen Bauteils 6 erstreckt und der Teil der elektrisch leitfähigen Schicht 10 bildet.
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Wie insbesondere ein Vergleich der 1 und 2 verdeutlicht, ist durch die unmittelbare Kontaktierung des Anschlusskontakts 2 durch die elektrisch leitfähige Schicht 10 am optischen Bauteil 6 der Abstand zwischen dem LED-Chip 1 und dem optischen Bauteil 6 minimiert, wodurch die Dicke und das Volumen der Zwischenschicht 7 deutlich kleiner ist als beim Stand der Technik. Hieraus ergibt sich, wie die 2 verdeutlicht, eine wesentlich größere vom LED-Chip 1 abgestrahlte Lichtmenge, die durch das optische Bauteil 6 gelangen kann, der Abstrahlwinkel 9 ist gegenüber dem in 1 deutlich aufgeweitet. Bei dem anhand der 1 bis 3 dargestellten optischen Bauteil handelt es sich um ein Abschlussfenster aus Glas, die elektrisch leitfähige Schicht besteht aus Gold und ist aufgedampft. Als Haftvermittler ist eine Chromschicht zwischen der Goldschicht und dem Glas ebenfalls durch Aufdampfen gebildet. Im Kontaktbereich 11 ist die elektrisch leitfähige Schicht mit einem Lot überzogen, welches gegenüber der übrigen elektrisch leitenden Schicht erhaben ist. Dieser mit Lot versehene Kontaktbereich 11 ist auf das Anschlusspad 2 aufgelötet. Der umgebende Freiraum, also die Zwischenschicht 7, ist durch aushärtendes Harz ausgefüllt, kann aber auch aus Luft oder sogar aus Vakuum bestehen.
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Anhand der 5 bis 8 sind alternative Formen der elektrisch leifähigen Schicht 10 dargestellt. So ist bei den Ausführungen nach den 5 und 6 die elektrisch leitfähige Schicht 10 auch in den Bereichen 15 vorgesehen, die unmittelbar neben dem LED-Chip 1 zur Anlage kommen. Bei diesen Ausführungen ist die elektrisch leitende Schicht 10 hoch reflektierend ausgebildet. Beinhaltet beispielsweise das optische Bauteil 6 Konvertermaterial und damit Teilchen, die die vom LED-Chip 6 emittierte Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge umwandeln, dann wird diese konvertierte Strahlung isotrop in alle Richtungen, also auch zurück in Richtung LED-Chip 6 und dessen benachbarte Bereiche, abgegeben. Der zuletzt genannte Anteil der Konverterstrahlung wird nun durch die hoch reflektierende Schicht aus den Bereichen 15 nach vorne, in die gewünschte Richtung, umgelenkt, um auf diese Weise die Lichtausbeute weiter zu erhöhen.
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Bei den Anhand der 7 und 8 dargestellten Ausführungsvarianten beschränkt sich die elektrisch leitfähige Schicht 10 auf der dem LED-Chip 1 zugewandten Seite des optischen Bauteils 6 auf den Kontaktbereich 11 und den Stegbereich 12, wobei bei der Ausführung gemäß 7 das Ende des Stegbereichs 12 zugleich den Kontaktbereich 11 bildet. Diese Ausführungsformen haben eine kleinstmögliche Abschattung durch die elektrisch leitfähige Schicht 10. Eine Kontaktierung kann hier in den Randbereichen 15 erfolgen, in denen das optische Bauteil 6 mit seiner elektrisch leitfähigen Schicht 10 in Achsrichtung der Baueinheit gesehen radial über den Chip 1 übersteht. Bei diesen Ausführungen, wie sie anhand der 7 und 8 dargestellt sind, kann außerdem ein ringförmiger Bereich 14 der elektrisch leitfähigen Schicht 10 vorgesehen sein, wie dies anhand von 2 dargestellt ist, sodass auch hier eine voll umfängliche Kontaktierung möglich ist.
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Anhand der 9 und 10 sind LED-Baueinheiten dargestellt, die hermetisch in einem Gehäuse angeordnet sind. Dieses Gehäuse ist durch eine metallische zylindrische Hülse 16 gebildet, in welche das optische Bauteil 6 mit seinem ringförmig umlaufenden Bereich 14 seiner elektrisch leitenden Schicht 10 leitend und dicht eingegliedert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen dem optischen Bauteil 6 und der Hülse 16 mittels eines leitfähigen Klebstoffs erfolgt. Dies kann jedoch auch durch Löten oder in anderer geeigneter Weise erfolgen. Das optische Bauteil 6 ist also über den umfänglichen ringförmigen Bereich 14 der elektrisch leitenden Schicht 10 sowie den Stegbereich 12 und den Kontaktbereich 11 mit dem Anschlusskontakt 2 an der Vorderseite des LED-Chip 1 leitend verbunden. Der LED-Chip 1 ist über die Lötverbindung gegebenenfalls über die Zwischenschicht 7 und indirekt über die Hülse 16, einen Isoliermantel 18 und einen Träger 17 fest mit dem optischen Bauteil 6 verbunden.
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Der rückseitige Anschlusspad 3 ist elektrisch und wärmeleitend mit dem Träger 17 verbunden. Dieser Träger 17 ist umfangsseitig mit dem Isoliermantel 18 versehen und fest und dicht in die Hülse 16 eingegliedert, sodass sich eine hermetisch abgeschlossene LED-Baueinheit ergibt, die an geeigneter Stelle am Träger 17 bzw. an der Hülse 16 mittels einer elektrischen Leitung kontaktierbar ist, über welche der LED-Chip 1 mit Strom versorgt wird. Zweckmäßigerweise ist der Träger 17 in seinem die Hülse 16 überragenden Bereich so ausgebildet, dass er wärmeleitend mit einem Kühlkörper oder Teilen einer Vorrichtung, in welcher dieser eingebaut ist, verbunden werden kann.
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Bei der Ausführung gemäß 10 besteht der Träger 17 aus einem Koaxialkabel bzw. dessen Seele. Die Ausführungen gemäß den 9 und 10 sind nur beispielhaft zu verstehen. So kann der Träger 17 aus jedem geeigneten Wärme leitenden und elektrisch leitenden Material bestehen, auch kann die Wärmeleitfähigkeit und die elektrische Leitfunktion funktional getrennt sein, indem beispielsweise eine elektrisch leitende Seele zentral durchgeführt ist und ein umgebender nicht notwendiger Weise elektrisch leitender aber Wärme leitender Stoff im Träger 17 vorgesehen ist. Der isolierende Mantel 18 besteht aus Kunststoff, kann jedoch auch ein Isolierlack oder ein anderer geeigneter Isolator sein.
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11 verdeutlicht nur beispielhaft, dass das optische Bauteil 6 nicht notwendigerweise aus einem Einzelbauelement besteht, sondern auch aus mehreren Bauelementen aufgebaut sein kann. Dort bildet beispielhaft eine Linse 21 und ein dieser optisch vorgeschaltetes Konverterglas 22, das optische Bauteil 6, wobei auf dem Konverterglas 22 die elektrisch leitfähige Schicht 10 aufgebracht ist.
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Die anhand von 12 dargestellte Baueinheit ist distaler Teil eines endoskopischen Schaftinstrumentes 23. Die Hülse 16 ist hierbei durch das distale Schaftende des endoskopischen Instrumentes 23 gebildet, in das das optische Bauteil 6 mit dem dahinter angeordneten LED-Chip 1 nach außen hermetisch abgeschlossen eingegliedert ist. Die Stromführung erfolgt hier durch den Schaft selbst, im Übrigen entspricht der Aufbau dem Vorbeschriebenen.
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In den 9, 10 und 12 ist jeweils ein elektrischer Anschluss 19 sowie ein elektrischer Anschluss 20 dargestellt. Der elektrische Anschluss 19 dient zur Verbindung mit dem Anschluss 2 an der Oberseite des LED-Chip, der Anschluss 20 zur Verbindung mit dem Anschluss 3 an der Unterseite des LED-Chip. Diese Anschlüsse 19 und 20 sind hier nur beispielhaft dargestellt und verdeutlichen, dass durch Konnektierung in diesem Bereich ein übliches Anschlusskabel elektrisch angebunden werden kann, das durch den Schaft hindurchgeführt, proximalseitig herausgeführt und mit einem Steuergerät verbunden ist, welche die elektrische Energie zum Betreiben des LED-Chip 1 zur Verfügung stellt. Es muss jedoch nicht notwendigerweise in diesem Bereich ein Anschluss an eine elektrische Leitung erfolgen, vielmehr kann die Hülse 16 auch bis zum proximalen Ende durchgeführt sein, um den einen Leiter zu bilden und innerhalb der Hülse der Träger 17 bis zum proximalen Ende durchgeführt sein, um den anderen Leiter zu bilden. Über den Träger 17 erfolgt darüber hinaus die Wärmeabfuhr eines Großteils der im LED-Chip 1 erzeugten Verlustwärme.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- LED-Chip
- 2
- Anschlusskontakt auf der Vorderseite, Anschlusspad
- 3
- Anschlusskontakt rückseitig (Anschlusspad)
- 4
- Platine
- 5
- Draht
- 6
- optisches Bauteil
- 7
- Zwischenschicht
- 8
- Rahmen
- 9
- Abstrahlwinkel
- 10
- elektrisch leitfähige Schicht
- 11
- Kontaktbereich von 10
- 12
- Stegbereich von 10
- 13
- ringförmiger Bereich von 10
- 14
- ringförmiger Umfangsbereich von 10
- 15
- Randbereich von 10
- 16
- Hülse
- 17
- Träger
- 18
- Isoliermantel
- 19
- Anschluss für 2
- 20
- Anschluss für 3
- 21
- Linse
- 22
- Konverterglas
- 23
- Schaftinstrument
