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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft auch eine Beleuchtungsvorrichtung, aufweisend ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Substrat, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in ein erstes lichtdurchlässiges Material ("Einbettungsmaterial") eingebettet ist, und auf dem Einbettungsmaterial ein zweites lichtdurchlässiges Material aufgebracht ist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf gehäuste Lichtquellen oder "Packages", auf Module und auf sog. "Light Engines" oder LED-Leuchten. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Leuchtdioden (LEDs) oder Halbleiterlaser als den Halbleiterlichtquellen.
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US 2012/0326193 A1 offenbart ein lichtemittierendes Modul. Das lichtemittierende Modul weist einen ersten Leiterrahmen oder "Leadframe" und einen zweiten Leadframe auf, die elektrisch voneinander getrennt sind, eine lichtemittierende Vorrichtung, die elektrisch mit dem ersten Leadframe und dem zweiten Leadframe verbunden ist. Die lichtemittierende Vorrichtung umfasst eine lichtemittierende Struktur mit einer Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps, eine aktive Schicht und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitungstyps, einen an einem Außenbereich der lichtemittierenden Vorrichtung angeordneten Damm, eine Harzschicht, welche die lichtemittierende Vorrichtung umgibt und an der inneren Fläche des Damms angeordnet ist, und ein reflektierendes Element, das an dem Außenbereich des Damms angeordnet ist und eine geneigte Ebene aufweist, die an mindestens einer Seitenfläche davon ausgebildet ist. Dabei ist jedoch nachteilig, dass die Erzeugung einer oberflächlichen Stopp-Struktur wie eines Damms aufwändig und teuer ist. Dies gilt auch für die Erzeugung einer oberflächlichen Stopp-Struktur in Form eines Grabens in ein die lichtemittierende Struktur tragendes Substrat, da das Substrat üblicherweise hart und nur schwer nachbearbeitbar ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine vereinfachte Möglichkeit zur präzisen Bereitstellung von Stopp-Strukturen für Halbleiterlichtquellen abdeckende lichtdurchlässige Materialien bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Beleuchtungsvorrichtung, bei dem (i) ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Substrat bereitgestellt wird, (ii) auf die Halbleiterlichtquellen mehrere lichtdurchlässige Materialien aufgebracht werden, wobei (iii) eine freie Oberfläche mindestens eines der lichtdurchlässigen Materialien mit einer Stopp-Struktur versehen wird und auf diese freie Oberfläche innerhalb der Stopp-Struktur ein weiteres, fließfähiges lichtdurchlässiges Material aufgebracht wird.
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Dieses Verfahren weist den Vorteil auf, dass die Stopp-Struktur in vergleichsweise weiches lichtdurchlässiges Material besonders einfach einbringbar ist, da das lichtdurchlässige Material typischerweise einfacher zu bearbeiten ist als ein Substratmaterial. Das mit der Stopp-Struktur versehene lichtdurchlässige Material mag dazu z.B. auch in seinem ausgehärteten Zustand vergleichsweise weich sein und/oder mag in seinem noch nicht vollständig ausgehärteten Zustand mit der Stopp-Struktur versehen werden. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass im Gegensatz zur Einbringung der Stopp-Struktur in das Substrat eine nur sehr geringe Dejustage der Position gegenüber der mindestens einen Halbleiterlichtquelle auftritt.
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Allgemein kann in die freie Oberfläche mindestens eines lichtdurchlässigen Materials mindestens eine Stopp-Struktur eingebracht werden, welche mindestens ein darin aufgebrachtes weiteres lichtdurchlässiges Material an einem seitlichen Fließen über die Stopp-Struktur hinaus hindert. Das mindestens eine weitere lichtdurchlässige Material mag das darunterliegende lichtdurchlässige Material insbesondere nur teilweise überdecken.
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Die Schritte brauchen nicht in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt zu werden. So mag zuerst eine Stopp-Struktur auf ein zuvor aufgebrachtes Material aufgebracht werden und dann mindestens ein weiteres Material auf das mit der Stopp-Struktur versehene Material aufgebracht werden.
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Das Verfahren umfasst auch den Fall, dass mehrere Gruppen mit jeweils mindestens einer Halbleiterlichtquelle auf einem Substrat bereitgestellt werden und auf zumindest zwei Gruppen gruppenweise unterschiedliche lichtdurchlässige Materialien aufgebracht werden, wobei eine freie Oberfläche mindestens eines der lichtdurchlässigen Materialien einer jeweiligen Gruppe mit einer jeweiligen (gleichen oder unterschiedlichen) Stopp-Struktur versehen wird und auf diese freie Oberfläche innerhalb der jeweiligen Stopp-Struktur ein weiteres, fließfähiges lichtdurchlässiges Material aufgebracht wird. Es wird also auch der Fall umfasst, dass das Verfahren individuell, insbesondere unabhängig, auf unterschiedliche (lateral beabstandete) Gruppen mit jeweils mindestens einer Halbleiterlichtquelle angewandt werden kann. Dabei können alle lichtdurchlässigen Materialien unterschiedlich sein, oder es mögen nur ein oder mehrere, aber nicht alle Materialien unterschiedlich sein. Mindestens ein lichtdurchlässiges Material mag als gemeinsames Abdeckungsmaterial für zwei oder mehr Gruppen, insbesondere für alle Gruppen, dienen.
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Insbesondere umfasst die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens einen Halbleiterchip. Die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mag z.B. mindestens einen LED-Chip aufweisen. Bei Vorliegen mehrerer LED-Chips können diese in der gleichen Farbe oder in verschiedenen Farben leuchten. Eine Farbe kann monochrom (z.B. rot, grün, blau usw.) oder multichrom (z.B. weiß) sein. Auch kann das von dem mindestens einen LED-Chip abgestrahlte Licht ein infrarotes Licht (IR-LED) oder ein ultraviolettes Licht (UV-LED) sein. Mehrere LED-Chips können ein Mischlicht erzeugen; z.B. ein weißes Mischlicht. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat (z.B. einem sog. "Submount") montiert sein. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LED-Chips, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen, insbesondere in Form eines Laserchips.
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Zumindest ein LED-Chip kann mit einem wellenlängenumwandelnden Konversionsplättchen (z.B. einem sog. CLC oder "Chip Layer Conversion Platelet") belegt sein, z.B. einem Keramikplättchen.
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Der mindestens eine LED-Chip kann ein Volumenemitter (z.B. ein Saphir-Chip) oder ein Oberflächenemitter (z.B. ein sog. "ThinGaN"-Chip) sein. Der LED-Chip mag ein in Flip-Chip-Montagetechnik aufgebrachter LED-Chip sein.
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Das Substrat mag beispielsweise eine Leiterplatte (z.B. mit FR4 als Grundmaterial), ein Keramiksubtrat (z.B. mit Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid als Grundmaterial) oder eine Metallplatte (z.B. aus Aluminium oder Kupfer) sein. Bei Verwendung einer Metallplatte als dem Substrat mag die mindestens eine Halbleiterlichtquelle auf einem insbesondere elektrisch isolierenden Träger, z.B. in Form einer Leiterplatte oder eines Submounts aus Keramik, aufliegen und durch diesen von dem metallischen Substrat getrennt sein.
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Unter einer Stopp-Struktur mag insbesondere eine Oberflächenstruktur verstanden werden, welche dazu geeignet ist, über die freie Oberfläche fließendes Material aufgrund seiner Form aufzuhalten. Daher kann die Stopp-Struktur insbesondere auch das auf die freie Oberfläche aufgebrachte fließfähige lichtdurchlässige Material aufhalten. So wird das innerhalb der Stopp-Struktur aufgebrachte fließfähige Material an einer seitlichen oder lateralen Ausbreitung über die Stopp-Struktur hinaus gehindert und somit örtlich begrenzt. Auf eine Aufbringung einer gesondert hergestellten und dann auf das Substrat aufgebrachten Stopp-Struktur, wie z.B. eines Damms, kann verzichtet werden.
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Diejenige Fläche eines lichtdurchlässigen Materials, welche nach seiner Aufbringung keinen festen Körper kontaktiert, sondern z.B. frei an Luft oder einem anderen Gas liegt, wird im Folgenden auch als die freie Oberfläche bezeichnet. Das lichtdurchlässige Material mag sich an seiner freien Oberfläche insbesondere ohne Einhaltung mechanischer Kontaktbedingungen bewegen.
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Die lichtdurchlässigen Materialien mögen insbesondere als Schichten vorliegen, insbesondere als aufeinander gestapelte Schichten. Die nacheinander aufgebrachten lichtdurchlässigen Materialien sind insbesondere nicht miteinander gemischt, sondern stofflich getrennt.
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Das Substrat und/oder ggf. der Träger mag zwischen den Halbleiterlichtquellen mit einer reflektierenden Schicht belegt sein, um eine Lichtausbeute zu steigern.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass eines der lichtdurchlässigen Materialien ein Einbettungsmaterial ist, in das die Halbleiterlichtquellen eingebettet werden, dass die freie Oberfläche des Einbettungsmaterials mit einer Stopp-Struktur versehen wird und auf die freie Oberfläche des Einbettungsmaterials innerhalb der Stopp-Struktur mindestens ein fließfähiges zweites lichtdurchlässiges Material aufgebracht wird. Dadurch kann auf besonders einfache Weise auf dedizierte Stopp-Elemente wie Ringe verzichtet werden.
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Dass die Halbleiterlichtquellen in Einbettungsmaterial eingebettet werden, mag umfassen, dass sie bis auf die auf dem Substrat oder ggf. auf dem Träger aufliegende Fläche von dem Einbettungsmaterial eingebettet oder bedeckt werden.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Stopp-Struktur mindestens eine geschlossen umlaufende erste Stoppkante aufweist. So kann eine laterale Ausbreitung des zweiten lichtdurchlässigen Materials nach allen Richtungen hin aufgehalten oder gestoppt werden.
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Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass mindestens eine Stoppkante mittels eines Grabens oder als ein Graben ausgebildet ist. Dadurch kann ein fließfähiges Material durch eine auf einfache Weise materialabtragend oder materialverdrängend hergestellte Stopp-Struktur aufgehalten werden. Die Form des Grabens (z.B. dessen Tiefe, Breite, Rundheit, Winkel usw.) lässt sich einfach variieren. Auch lässt sich die Form oder Kontur des Grabens in Draufsicht, z.B. rund, rechteckig, freiförmig usw. einfach variieren.
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Zumindest ein Graben mag mindestens einen anderen Graben umgeben oder umschließen. Dabei mag eine Form der Gräben gleich oder unterschiedlich sein. Die Gräben können zueinander konzentrisch oder nicht konzentrisch angeordnet sein.
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Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass die Stopp-Struktur durch einen Materialabtrag erzeugt wird. So kann die Stopp-Struktur besonders präzise eingebracht werden. Der Materialabtrag kann mechanisch erfolgen, beispielsweise durch Mikrozerspanen. Der Materialabtrag kann zusätzlich oder alternativ durch Strahlungseinbringung erfolgen, beispielsweise durch Laserablation. Der Materialabtrag, insbesondere die Laserablation, kann sehr schnell, ohne Werkzeugkosten und ohne Verwendung zusätzlicher Materialien durchgeführt werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Herstellung der Stopp-Struktur durch Materialabtragung mag sie auch durch eine Materialverdrängung erzeugt werden. So mag die mit der Stopp-Struktur zu versehene freie Oberfläche auch gestempelt werden, wobei die Stopp-Struktur beispielsweise einer Negativform eines verwendeten Stempels entspricht.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass zumindest das Einbettungsmaterial aufgedruckt wird. Aufgrund einer typischerweise dünnen Schichtdicke beim Drucken wird das Einbettungsmaterial auch dann, wenn es fließfähig ist, nicht signifikant seitlich abfließen. So kann auf eine Stopp-Struktur für das Einbettungsmaterial verzichtet werden. Zudem können auch Einbettungsmaterialien verwendet werden, die für einen Vergussvorgang, z.B. unter Verwendung eines Dispensers, nicht ausreichend fließfähig sind, z.B. zähe Harze, Pasten oder Silikon. Jedoch mag auch noch ein anderes Material aufgedruckt werden. Insbesondere mögen mehrere Materialien übereinander aufgedruckt werden, bevor das oberste Material mit einer Stopp-Struktur versehen wird und auf das oberste aufgedruckte Material ein fließfähiges Material z.B. aufgegossen wird.
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Das Aufdrucken mag z.B. mittels eines Siebdrucks oder eines Schablonendrucks durchgeführt werden. Das Einbettungsmaterial mag in einem oder in mehrfachen Durchgängen aufgebracht werden. Das Einbettungsmaterial mag nach seinem Aufdrucken als eine dünne Schicht vorliegen.
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Allgemein können aufgedruckte und aufgegossene Materialien in beliebiger Zahl und Reihenfolge verwendet werden, solange zumindest ein aufgegossenes Material durch eine Stopp-Struktur eines darunterliegenden Materials an seiner seitlichen Ausdehnung gehindert wird.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Stopp-Struktur durch das Aufdrucken hergestellt wird. Dadurch kann auf eine Nachbearbeitung des Einbettungsmaterials verzichtet werden oder dessen Nachbearbeiten erleichtert werden. Die Stopp-Struktur kann beispielsweise durch eine Form einer Schablone bei einem Schablonendruck vorgegeben werden.
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Das Einbettungsmaterial mag ein klares oder transparentes Material sein, z.B. Epoxidharz oder Silikon. Das Einbettungsmaterial mag alternativ ein klares oder transparentes Grundmaterial aufweisen, in welches mindestens ein Füllmaterial eingebracht worden ist, z.B. in Form von Partikeln, beispielsweise vorliegend als Pulver. Dies ergibt den Vorteil, dass die optische Eigenschaft des Einbettungsmaterials variiert werden kann.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das Einbettungsmaterial Leuchtstoff aufweist. Dadurch kann von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle abgestrahltes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht umgewandelt werden. Ist die mindestens eine Halbleiterlichtquelle aktiviert, kann durch die freie Oberfläche des Einbettungsmaterials entweder (bei einer Vollkonversion) das Sekundärlicht oder (bei einer Teilkonversion) eine Mischung aus nicht umgewandeltem Primärlicht und Sekundärlicht austreten.
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Der Leuchtstoff ist allgemein dazu geeignet, einfallendes Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht unterschiedlicher Wellenlänge umzuwandeln oder zu konvertieren. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mögen diese Sekundärlicht von zueinander unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen. Die Wellenlänge des Sekundärlichts mag länger sein (sog. „Down Conversion“) oder kürzer sein (sog. „Up Conversion“) als die Wellenlänge des Primärlichts.
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Beispielsweise mag blaues Primärlicht mittels eines Leuchtstoffs in grünes, gelbes, orangefarbenes oder rotes Sekundärlicht umgewandelt werden. Bei einer nur teilweisen Wellenlängenumwandlung oder Wellenlängenkonversion wird von dem Leuchtstoffkörper eine Mischung aus Sekundärlicht und nicht umgewandelten Primärlicht abgestrahlt, die als Nutzlicht dienen kann. Beispielsweise mag weißes Nutzlicht aus einer Mischung aus blauem, nicht umgewandeltem Primärlicht und gelbem Sekundärlicht erzeugt werden. Jedoch ist auch eine Vollkonversion möglich, bei der das Nutzlicht entweder nicht mehr oder zu einem nur vernachlässigbaren Anteil in dem Nutzlicht vorhanden ist. Ein Umwandlungsgrad hängt beispielsweise von einer Dicke und/oder einer Leuchtstoffkonzentration des Leuchtstoffs ab. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe können aus dem Primärlicht Sekundärlichtanteile unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung erzeugt werden, z.B. gelbes und rotes Sekundärlicht. Das rote Sekundärlicht mag beispielsweise dazu verwendet werden, dem Nutzlicht einen wärmeren Farbton zu geben, z.B. sog. „warm-weiß“. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtstoffe mag mindestens ein Leuchtstoff dazu geeignet sein, Sekundärlicht nochmals wellenlängenumzuwandeln, z.B. grünes Sekundärlicht in rotes Sekundärlicht. Ein solches aus einem Sekundärlicht nochmals wellenlängenumgewandeltes Licht mag auch als „Tertiärlicht“ bezeichnet werden.
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Der Leuchtstoff kann zudem als lichtstreuendes Material dienen.
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Es ist eine zusätzliche oder alternative Weiterbildung, dass das Einbettungsmaterial lichtstreuend ist, z.B. indem es lichtstreuendes Füllmaterial aufweist (welches kein Leuchtstoff ist). Dadurch kann eine lichtstreuende Wirkung des Einbettungsmaterials eingestellt werden.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das zweite lichtdurchlässige Material ein lichtstreuendes Material ist. So lässt sich eine verbesserte Homogenität des abgestrahlten Lichts erreichen. Insbesondere kann so auch eine Farbhomogenität verbessert werden, wenn das Einbettungsmaterial Leuchtstoff aufweist, z.B. wenn von dem Einbettungsmaterial Mischlicht aus Primärlicht und Sekundärlicht in das zweite lichtdurchlässige Material eingestrahlt wird. Jedoch mag das zweite lichtdurchlässige Material z.B. auch Leuchtstoff aufweisen oder klar sein.
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Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass das zweite lichtdurchlässige Material aufgegossen wird. So lässt sich eine besonders glatte freie Oberfläche erreichen. Das Aufgießen mag z.B. mittels eines Dispensers durchgeführt werden. Das aufgegossene zweite Material wird also insbesondere innerhalb der Stopp-Struktur des Einbettungsmaterials auf dieses aufgebracht und kann sich auf der freien Oberfläche bis zu der Stopp-Struktur ausbreiten.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Stopp-Struktur mindestens eine geschlossen umlaufende zweite Stopp-Kante aufweist, welche die erste Stoppkante umgibt und auf eine freie Oberfläche des zweiten lichtdurchlässigen Materials innerhalb der zweiten Stopp-Kante ein fließfähiges drittes lichtdurchlässiges Material aufgebracht wird. So kann auf einfache Weise auf das zweite lichtdurchlässige Material ein drittes lichtdurchlässiges Material aufgebracht werden, dessen Ausdehnung durch die zweite Stopp-Kante begrenzt ist. Das dritte lichtdurchlässige Material überdeckt das zweite lichtdurchlässige Material insbesondere vollständig.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das dritte lichtdurchlässige Material als ein strahlformendes optisches Durchlichtelement ausgeformt wird, z.B. als eine Linse. Insbesondere ist das dritte lichtdurchlässige Material ein klares oder transparentes Material.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass in eine freie Oberfläche mindestens eines lichtdurchlässigen Materials mindestens eine optische Struktur eingebracht wird. Die optische Struktur kann vorteilhafterweise eine Strahlformung des durch diese freie Oberfläche hindurchlaufenden Lichts bewirken. Die optische Struktur kann durch Materialabtrag wie ein Mikrozerspanen oder Laserablation oder durch eine Materialverdrängung wie ein Stempeln oder Pressen eingebracht werden. Die optische Struktur mag z.B. eine verbesserte Lichtauskopplung, Lichtmischung und/oder Homogenisierung und/oder eine Farbortverschiebung bewirken. So mag eine verbesserte Lichtauskopplung durch eine Aufrauhung der Oberfläche erreicht werden. Die optische Struktur mag auch eine großflächige Materialabtragung umfassen, z.B. zur Strahlformung, insbesondere einer Einstellung einer Abbildung, mittels eines Durchlichtelements. So mag mittels der großflächigen Materialabtragung ein Krümmungsradius eines obersten, das Durchlichtelement darstellenden Materials genau eingestellt werden.
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Das Substrat mag ein ebenes oder planes Substrat sein. Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass ein Substrat bereitgestellt wird, das mindestens eine Vertiefung aufweist, in der mindestens eine Halbleiterlichtquelle angeordnet ist, und zumindest das Einbettungsmaterial in die Vertiefung eingefüllt wird. Die Vertiefung mag schalenförmig mit einem z.B. ebenen Boden sein. Die Vertiefung mag beispielsweise durch Tiefziehen (z.B. bei einem metallischen Substrat), Fräsen, Lithographie usw. hergestellt werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Vertiefung an ihrer den Halbleiterlichtquellen zugewandten Seite spekular oder diffus reflektierend ausgebildet ist. Sie mag in anderen Worten als ein Reflektor für seitlich abgestrahltes Licht dienen. So wird eine Lichtausbeute weiter verbessert und eine Strahlbündelung erleichtert.
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Allgemein mag mindestens eine Halbleiterlichtquelle auch auf mindestens einem Träger (z.B. einem Submount oder einer Leiterplatte) angeordnet sein (z.B. auf deren Vorderseite), welcher wiederum an dem Substrat angeordnet ist (z.B. mittels ihrer Rückseite). So wird eine besonders hohe Herstellungsflexibilität bereitgestellt.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Beleuchtungsvorrichtung, die ein mit mindestens einer Halbleiterlichtquelle bestücktes Substrat aufweist, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mit mindestens zwei übereinander angeordneten lichtdurchlässigen Materialien bedeckt ist, von denen ein unteres (der mindestens einen Halbleiterlichtquelle näheres) Material eine Stopp-Struktur für ein darauf direkt aufliegendes lichtdurchlässiges Material aufweist. Die Beleuchtungsvorrichtung ergibt die gleichen Vorteile wie das Verfahren und kann analog ausgestaltet werden.
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So ist es eine Ausgestaltung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle in ein Einbettungsmaterial eingebettet ist, das Einbettungsmaterial eine Stopp-Struktur aufweist, auf dem Einbettungsmaterial ein zweites lichtdurchlässiges Material aufgebracht ist und das zweite lichtdurchlässige Material sich bis zu der Stopp-Struktur erstreckt.
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Insbesondere kann die Beleuchtungsvorrichtung mittels eines Verfahrens wie oben beschrieben hergestellt worden sein.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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1 zeigt Verfahrensschritte eines möglichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 zeigt eine erste mittels des Verfahrens hergestellte Beleuchtungsvorrichtung; und
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3 zeigt eine zweite mittels des Verfahrens hergestellte Beleuchtungsvorrichtung.
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1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand mehrerer Verfahrensschritte S1 bis S5. 2 zeigt eine mittels des Verfahrens S1 bis S5 hergestellte Beleuchtungsvorrichtung in Form z.B. eines LED-Moduls 1.
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Bezug nehmend auf 1 und 2 wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 ein mit mehreren Halbleiterlichtquellen in Form von z.B. blaues Primärlicht abstrahlenden LED-Chips 2 bestücktes Substrat in Form z.B. eines Keramiksubstrats 3 bereitgestellt. Die LED-Chips 2 mögen z.B. mittels üblicher Bestückungstechniken aufgebracht worden sein. Hier ist eine Variante gezeigt, bei der die LED-Chips 2 jeweils einen elektrischen Kontakt (o. Abb.) an einer Unterseite aufweisen, welcher mit einer Leitungsstruktur (o. Abb.) des Keramiksubstrats 3 elektrisch verbunden ist. Die LED-Chips 2 weisen zudem an ihrer Oberseite einen elektrischen Kontakt (o. Abb.) auf, welcher mittels eines Bonddrahts 4 mit der Leitungsstruktur des Keramiksubstrats 3 elektrisch verbunden ist. An dem Keramiksubstrat 3 mögen auch noch elektrische und/oder elektronische Bauteile angeordnet sein, z.B. Teile eines Treibers.
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In einem Schritt S2 werden die LED-Chips 2 in ein lichtdurchlässiges Einbettungsmaterial 5 eingebettet. Dazu wird das Einbettungsmaterial 5 auf zumindest den Teilbereich des Keramiksubstrats 3 aufgedruckt, an dem sich die LED-Chips 2 befinden. Die LED-Chips 2 und die Bonddrähte 4 sind also direkt von dem Einbettungsmaterial 5 bedeckt. Das Aufdrucken geschieht beispielsweise mittels eines Siebdrucks oder eines Schablonendrucks.
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Das Einbettungsmaterial 5 weist hier mindestens einen Leuchtstoff auf, der das von den LED-Chips 2 abgestrahlte Primärlicht zumindest teilweise in Sekundärlicht größerer Wellenlänge umwandelt. Ein Leuchtstoff mag insbesondere ein blau-gelb konvertierender Leuchtstoff sein, so dass das blaue Primärlicht teilweise in gelbes Sekundärlicht umgewandelt wird und von dem Einbettungsmaterial 5 dann z.B. ein blau-gelbes bzw. weißes Mischlicht abstrahlbar ist.
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Das Einbettungsmaterial 5 mag beispielsweise klares Silikon oder Epoxidharz als Grund- oder Matrixmaterial aufweisen, in welches der Leuchtstoff in Pulverform eingebracht und verteilt ist. Durch das Aufdrucken kann auch Einbettungsmaterial 5 auf das Keramiksubstrat 3 aufgebracht werden, das zu zäh und/oder zu dünn zum Vergießen ist. Dies ergibt den Vorteil, dass in das Keramiksubstrat 3 keine Stopp-Struktur eingebracht zu werden braucht. Auch setzen sich dann Leuchtstoffpartikel in geringerem Maße ab, was eine Umwandlungseffektivität und Farbhomogenität verbessert.
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Der Schritt S2 umfasst auch ein Aushärten, welches aber auch als ein gesonderter Schritt durchgeführt werden kann, z.B. in einem Ofen.
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In einem Schritt S3 wird das Einbettungsmaterial 5 an seiner bis dahin noch freien Oberfläche 6 mit einer Stopp-Struktur 7, 8 versehen. Die Stopp-Struktur 7, 8 weist eine geschlossen umlaufende erste Stoppkante 7 und eine geschlossen umlaufende zweite Stoppkante 8 auf. Die zweite Stoppkante 8 umgibt die erste Stoppkante 7 konzentrisch. Sowohl die erste Stoppkante 7 als auch die zweite Stoppkante 8 umgeben die LED-Chips 2 seitlich. Sowohl die erste Stoppkante 7 als auch die zweite Stoppkante 8 sind als ringnutartige Gräben ausgebildet, die durch einen Materialabtrag wie eine Laserablation erzeugt worden sind.
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In einem Schritt S4 wird auf die freie Oberfläche 6 des Einbettungsmaterials 5 innerhalb der ersten Stoppkante 7 ein fließfähiges zweites lichtdurchlässiges Material 9 aufgebracht. Das zweite lichtdurchlässige Material 9 mag z.B. mittig innerhalb der ersten Stoppkante 7 mittels eines Dispensers (o. Abb.) aufgebracht werden und fließt dann seitlich ab. Der Fluss des zweiten lichtdurchlässigen Materials 9 wird durch die erste Stoppkante 7 gestoppt oder aufgehalten, beispielsweise durch eine äußere Grabenkante.
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Das zweite lichtdurchlässige Material 9 ist ein lichtstreuendes Material, z.B. mit Streupartikeln in Pulverform versetztes klares Silikon oder Epoxidharz. Durch das Aufbringen eines fließfähigen zweiten Materials 9 ist dessen freie Oberfläche 10 leicht gekrümmt, was eine Homogenisierung verbessert. Auch lässt sich so die Stopp-Struktur 7, 8 einfach auffüllen. Die als Graben ausgebildete erste Stopp-Kante 7 bewirkt, dass auch seitlich abgestrahltes Mischlicht gestreut wird. Insbesondere kann so eine seitliche Lichtauskopplung gering gehalten werden, ohne dass zusätzliche reflektive Schichten aufgebracht zu werden brauchen.
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In einem folgenden Schritt S5 wird auf die freie Oberfläche 10 des zweiten lichtdurchlässigen Materials 9 und damit innerhalb der zweiten Stopp-Kante 8 ein fließfähiges drittes lichtdurchlässiges Material 11 aufgebracht, z.B. klares Silikon oder Epoxidharz, z.B. durch Vergießen mittels eines Dispensers. Das dritte lichtdurchlässige Material 11 dient als ein optisches Durchlichtelement in Form einer Linse mit einer gekrümmt geformten freien Oberfläche 12. Seine seitliche Ausbreitung wird analog zu dem zweiten lichtdurchlässigen Material 9 an der Stopp-Struktur 7, 8 gestoppt, und zwar an der zweiten, äußeren Stopp-Kante 8.
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An den freien Oberflächen 6, 10 kann jeweils mindestens eine optische Struktur eingebracht werden (o. Abb.), z.B. für eine verbesserte Lichtauskopplung, Lichtmischung und/oder Homogenisierung und/oder zum Erreichen einer Farbortverschiebung. Auch mag durch die optische Struktur eine Strahlformung erreicht werden.
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Die Einbringung der Stopp-Struktur 7, 8 in eine lichtdurchlässige Schicht und nicht in ein Substrat ergibt den Vorteil, dass eine nur sehr geringe Dejustage des durch das dritte lichtdurchlässige Material 11 gebildeten optischen Durchlichtelements durch zentrische Ausrichtung der Stopp-Struktur 7, 8 an den LED-Chips 2 auftritt.
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3 zeigt eine zweite mittels des Verfahrens hergestellte Beleuchtungsvorrichtung in Form eines LED-Moduls 13. Das LED-Moduls 1 ist ähnlich zu dem LED-Modul 13 aufgebaut, wobei jedoch nun das Substrat 14 eine schalenförmige Vertiefung 15 mit einem ebenen Boden 16 aufweist. Die LED-Chips 2 sind an dem Boden 16 angeordnet. Die Vertiefung 15 weist den Vorteil auf, dass auch ein fließfähiges Einbettungsmaterial 5 auf einfache Weise und ohne Oberflächenbehandlung des Substrats 14 auf die LED-Chips 2 aufbringbar ist. So mag das Einbettungsmaterial 5 in die Vertiefung 15 eingegossenen werden, z.B. mittels eines Dispensers. Jedoch mag das Einbettungsmaterial 5 auch in die Vertiefung 15 eingedruckt werden, z.B. mittels eines Rakels. Insbesondere falls das Substrat 14 ein metallisches Substrat ist, können die LED-Chips 2 auf einem elektrisch isolierenden Träger (o. Abb.) angeordnet sein, welcher auf dem Boden 16 aufliegt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Allgemein kann unter "ein", "eine" usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von "mindestens ein" oder "ein oder mehrere" usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck "genau ein" usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- LED-Modul
- 2
- LED-Chip
- 3
- Keramiksubstrat
- 4
- Bonddraht
- 5
- Einbettungsmaterial
- 6
- Freie Oberfläche des Einbettungsmaterials
- 7
- Erste Stoppkante
- 8
- Zweite Stoppkante
- 9
- Zweites lichtdurchlässiges Material
- 10
- Freie Oberfläche des zweiten lichtdurchlässigen Materials
- 11
- Drittes lichtdurchlässiges Material
- 12
- Freie Oberfläche des dritten lichtdurchlässigen Materials
- 13
- LED-Modul
- 14
- Substrat
- 15
- Vertiefung
- 16
- Boden der Vertiefung
- S1
- Bereitstellen eines mit LED-Chips bestückten Substrats
- S2
- Einbetten der LED-Chips in das Einbettungsmaterial
- S3
- Versehen des Einbettungsmaterials mit einer Stopp-Struktur
- S4
- Aufbringen des zweiten lichtdurchlässigen Materials
- S5
- Aufbringen des dritten lichtdurchlässigen Materials
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0326193 A1 [0002]
