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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leuchtmitteleinrichtung sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels.
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Bei einer herkömmlichen LED mit kleinem Abstrahlwinkel ist eine Linse unmittelbar auf einen Chip der LED aufgegossen. Das Vergießen des Chips ist toleranzbehaftet, was zu Winkelfehlern des Abstrahlwinkels führen kann.
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Beispielhaft beschreibt die
DE20109575 U1 einen LED-Punktstrahler.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung eine Leuchtmitteleinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Um einen genauen Abstrahlwinkel bei einem Leuchtmittel zu erreichen, kann eine präzise gefertigte Optik verwendet werden, die ohne zusätzliches optisches Element an einem LED-Chip eine ungerichtete Abstrahlung des LED-Chips durch Beugung und Reflexion zu einem Lichtstrahl mit geringem Abstrahlwinkel formt. Die Optik kann durch eine mechanische Zentriereinrichtung relativ zu dem LED-Chip ausgerichtet werden. Die Zentriereinrichtung kann mit großer Präzision beim Herstellen einer Leuchtmitteleinrichtung, bestehend aus LED-Chip und Trägersubstrat, relativ zu dem LED-Chip ausgerichtet werden.
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Eine Leuchtmitteleinrichtung weist die folgenden Merkmale auf:
ein Substrat mit einer Zentriereinrichtung zum Ausrichten einer Optikeinrichtung für eine Leuchtdiodeneinrichtung; und
die Leuchtdiodeneinrichtung, die an der Zentriereinrichtung ausgerichtet auf einer Seite des Substrats angeordnet ist.
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Unter einer Leuchtmitteleinrichtung kann eine Zwischenstufe oder ein Vorprodukt bei der Produktion eines Leuchtmittels verstanden werden. Ein Substrat kann als Trägermaterial bezeichnet werden. Das Substrat kann plattenförmig geformt sein. Das Substrat kann beispielsweise ein Leiterplattenmaterial, Halbleitermaterial oder Keramikmaterial aufweisen. Die Leuchtdiodeneinrichtung kann beispielsweise als Punktstrahlerchip oder als flächige Lichtquelle ausgeführt sein. Die Leuchtdiodeneinrichtung kann eine oder mehrere Lichtquellen umfassen. Die Leuchtdiodeneinrichtung kann auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein oder in das Substrat integriert ausgeführt sein. Eine Zentriereinrichtung kann eine Anschlagfläche oder einen Anschlagpunkt zum Positionieren der Optikeinrichtung bereitstellen. Die Zentriereinrichtung kann eine bestimmte Lagerung der Optikeinrichtung in drei Achsen sicherstellen. Eine Leuchtdiodeneinrichtung kann in das Substrat integriert sein. Die Leuchtdiodeneinrichtung kann als Chip auf dem Substrat befestigt sein, beispielsweise durch Löten oder Kleben.
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Die Zentriereinrichtung kann als zumindest eine Ausnehmung im Substrat ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Zentriereinrichtung als ein Lochbild beziehungsweise Lochmuster ausgeführt sein. Das Lochbild kann auch Langlöcher umfassen. Eine solche Zentriereinrichtung ist einfach herzustellen.
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In der Ausnehmung kann eine Aufnahmeeinrichtung für die Optikeinrichtung angeordnet sein. Eine Aufnahmeeinrichtung kann ein Hilfsmittel zum Zentrieren der Optikeinrichtung sein. Die Aufnahmeeinrichtung kann nach der Herstellung des Leuchtmittels entfernt werden.
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In der Ausnehmung kann ein, die Leuchtdiodeneinrichtung überspannender Träger für die Optikeinrichtung angeordnet sein. Ein Träger kann die Optikeinrichtung in einem definierten Abstand zu der Leuchtdiodeneinrichtung halten.
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Das Substrat kann eine Durchkontakteinrichtung zum elektrischen Verbinden einer ersten Seite des Substrats mit einer zweiten Seite des Substrats aufweisen. Die Leuchtdiodeneinrichtung kann auf der ersten Seite des Substrats angeordnet sein und unter Verwendung der Durchkontakteinrichtung mit der zweiten Seite elektrisch leitend verbunden sein. Eine Durchkontakteinrichtung kann dabei eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Flächen des Substrats herstellen. Auf diese Weise kann die Leuchtdiodeneinrichtung von der Rückseite des Substrats her elektrisch kontaktiert werden. Zudem kann die Durchkontakteinrichtung zur Wärmeableitung verwendet werden.
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Das Substrat kann eine Matrix aus Zentriereinrichtungen aufweisen. Alternativ oder ergänzend kann auf der ersten Seite des Substrats eine Matrix aus Leuchtdiodeneinrichtungen oder eine Leuchtdiodeneinrichtung mit einer Matrix aus Lichtquellen angeordnet sein. Mehrere Leuchtdiodeneinrichtungen können eine Lichtausbeute des Leuchtmittels verbessern. Gemäß einer Ausführungsform können die Leuchtdiodeneinrichtungen nachträglich separiert werden.
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Die Leuchtmitteleinrichtung kann die Optikeinrichtung umfassen. Die Optikeinrichtung kann unter Verwendung der Zentriereinrichtung an der Leuchtdiodeneinrichtung ausgerichtet und mit dem Substrat verbunden sein. Diese Kombination kann auch als Leuchtmittel bezeichnet werden.
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Die Optikeinrichtung kann als Totalreflexionsoptik ausgeführt sein. Ein über der Leuchtdiodeneinrichtung angeordneter Zentralbereich kann als Linsenoptik ausgeführt sein. Eine Totalreflexionsoptik kann einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
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Ein Raum zwischen der Leuchtdiodeneinrichtung und der Optikeinrichtung kann mit einem transparenten Medium mit einer Brechzahl zwischen 1 und 2 ausgefüllt sein. Unter Verwendung eines solchen Mediums kann eine Charakteristik einer von der Leuchtdiodeneinrichtung ausgesendeten Strahlung verändert werden.
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Beispielsweise kann das Medium Mikropartikel oder Nanopartikel umfassen, die ausgebildet sind, um eine Strahlungsfrequenz von der Leuchtdiodeneinrichtung ausgesendeter Strahlung zu modifizieren. Durch eine geeignete Auswahl solcher Partikel lässt sich die Strahlungsfrequenz in einer gewünschten Weise modifizieren, beispielsweise verändern oder konvertieren.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Optikeinrichtung durch einen Luftspalt beabstandet zu einer Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiodeneinrichtung angeordnet sein. Dabei kann eine optische Achse der Optikeinrichtung an einer optischen Achse der Leuchtdiodeneinrichtung ausgerichtet sein. Durch den Luftspalt kann ein Aufliegen der Optikeinrichtung auf der Leuchtdiodeneinrichtung vermieden werden. Dies kann die Ausrichtung der Optikeinrichtung vereinfachen.
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Ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen einer Leuchtmitteleinrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz und einer Optikeinrichtung;
Ausrichten der Optikeinrichtung an der Leuchtdiodeneinrichtung unter Verwendung der Zentriereinrichtung; und
Verbinden der Optikeinrichtung mit dem Substrat.
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Im Schritt des Bereitstellens kann das Substrat mit einer Matrix aus Zentriereinrichtungen bereitgestellt werden. Dabei kann auf einer ersten Seite des Substrats eine Matrix aus Leuchtdiodeneinrichtungen angeordnet sein. Im Schritt des Ausrichtens kann eine Matrix aus Optikeinrichtungen an der Matrix aus Leuchtdiodeneinrichtungen ausgerichtet werden. Im Schritt und Verbindens kann die Matrix aus Optikeinrichtungen mit dem Substrat verbunden werden. Dabei kann das Verfahren einen Schritt des Trennens aufweisen, in dem einzelne Leuchtmittel voneinander getrennt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Leuchtmittels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Darstellung einer Anordnung von Leuchtmitteln mit vertikal leitender Leuchtdiodeneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Darstellung vom im Nutzen angeordneten Leuchtmitteln mit Flip Chip Leuchtdiodeneinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung vom im Nutzen angeordneten Leuchtmitteln mit einem Träger für eine Optikeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung einer Matrix aus Optikeinrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Leuchtmittels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Leuchtmittels 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Leuchtmittel 100 weist ein zur automatisierten Oberflächenmontage vorgesehenes Gehäuse 102 auf. Das Gehäuse 102 besteht aus einer Leuchtmitteleinrichtung 104 und einer damit verbundenen Optikeinrichtung 106. Die Leuchtmitteleinrichtung 104 weist als Lichtquelle 108 eine Leuchtdiodeneinrichtung 108 auf. Ein Raum 109 zwischen der Optikeinrichtung 106 und der Leuchtdiodeneinrichtung 108 kann mit einem geeigneten Medium ausgefüllt sein. Die Optikeinrichtung 106 ist über eine Zentriereinrichtung 110 der Leuchtmitteleinrichtung 104 an der Leuchtdiodeneinrichtung 108 ausgerichtet. Hier weist die Optikeinrichtung 106 beispielsweise Aufnahmestifte 112 auf, die in die Zentriereinrichtung 110 eingreifen. Dabei ist die Optikeinrichtung 106 so ausgerichtet, dass eine Lichteintrittsfläche 114 der Optikeinrichtung 106 durch einen Abstand von einer Lichtaustrittsfläche 116 der Leuchtdiodeneinrichtung 108 angeordnet ist. Weiterhin ist die Optikeinrichtung 106 so an der Leuchtdiodeneinrichtung 108 ausgerichtet, dass eine optische Achse 118 der Optikeinrichtung 106 mit einer optischen Achse 120 der Leuchtdiodeneinrichtung 108 übereinstimmt. Die Leuchtdiodeneinrichtung 108 ist hier teilweise in ein Substrat 122 der Leuchtmitteleinrichtung 104 integriert. Elektrische Anschlüsse der Leuchtdiodeneinrichtung 108 sind hier beispielhaft über eine Durchkontakteinrichtung 124 des Substrats 122 von einer Vorderseite des Substrats 122 zu einer Rückseite des Substrats 122 geführt, um an der Rückseite für die Oberflächenmontage kontaktierbar zu sein. Die Durchkontakteinrichtung 124 ist ferner dazu ausgebildet, Wärmeenergie von der Leuchtdiodeneinrichtung 108 durch das Substrat 122 abzuleiten.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Leuchtmittel 100 als eine LED 100 oder SMD-LED 100 mit präziser gerichteter Abstrahlcharakteristik ausgeführt. Das Leuchtmittel 100 kann beispielsweise in Drehgebern, Lichtschranken, zur Einkopplung in Lichtwellenleitern oder als Miniatur Strahlquelle in Endoskopen eingesetzt werden. Weiterhin sind Anwendungen in der Automatisierungs- und Sicherheitstechnik, der Kommunikation, der optischen Datenübertragung und der Medizintechnik möglich.
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Der hier vorgestellte Ansatz beschreibt ein Leuchtmittel 100 mit präziser, gebündelter Abstrahlcharakteristik und homogenem Strahlfleck. Dabei werden gemäß einem Ausführungsbeispiel LED Punktstrahler Chips als Leuchtmitteleinrichtungen 108 und TIR-(Total Internal Reflektion)Linsen als Optikeinrichtungen 106 eingesetzt.
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Das Gehäuse 102 kann als Panel Level Package (PLP) beziehungsweise als Wafer Level Package (WLP) für Punktstrahler LEDs ausgeführt sein. In Kombination mit TIR-Linsen als Optikeinrichtungen 106 ist dies produktiv und ermöglicht eine besondere Miniaturisierung.
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Als LED-Punktstrahler können monochrome oder weiße Leuchtdioden oder LED-Leuchten bezeichnet werden, die einen engen Abstrahlwinkel besitzen. Die LED-Punktstrahler Leuchten werden für große Entfernungen bis ca. 100 m benutzt und haben dann einen Leuchtfleckdurchmesser von bis zu mehreren Metern. Herkömmlich bestehen sie aus Hochleistungs-LEDs, einem Metallgehäuse und einer Optik, die als Reflektor und/oder Linse ausgeführt sein kann. Die Punktstrahler Leuchtdioden werden im Allgemeinen im Nahbereich bis zu 1 m Distanz eingesetzt und beinhalten einen LED-Chip mit einer meist kreisförmig leuchtenden Emissionsfläche von wenigen Mikrometern bis zu wenigen hundert Mikrometern Durchmesser. In den meisten bekannten Anwendungen, wie bei Drehgebern, Lichtschranken, zur Einkopplung in Lichtwellenleiter werden Punktstrahler Chips mit Emissionswellenlängen von 650 nm und 850 nm eingesetzt.
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Der hier beschriebene Ansatz kann für diese genannten Anwendungen anstelle von hermetischen Metallgehäusen vom Typ TO18 oder TO46 mit Flachglas- oder Linsenkappe oder anstelle von SMD-Gehäusen der Bauformen PLCC2 oder 1206 mit flachem oder linsenförmigem Verguss eingesetzt werden.
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Das hier vorgestellte Leuchtmittel 100 weist geringe Abmessungen auf und ist gut zur automatisierbaren Chipbestückung geeignet. Das Leuchtmittel 100 kann mit geringen Positioniertoleranzen für eine produktive, automatische Bestückung verwendet werden.
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Der Einsatz von SMD-Gehäusen 102 führt wegen der höheren Produktivität der Herstellung und Weiterverarbeitung zu geringeren Herstellkosten.
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Bei dem hier vorgestellten Leuchtmittel 100 sind Abstrahlwinkel kleiner als 20° erreichbar. Durch die Zentriereinrichtung 110 kann eine Zentrierung der Chips 108 mit Toleranzen ≤ 100 μm sichergestellt werden. Die Oberflächenqualität der aufgesetzten Optik 106 kann mit einer hohen optischen Qualität hergestellt werden. Das hier vorgestellte Leuchtmittel 100 weist dadurch eine minimale Tendenz zum „Schielen” auf. Nur ein sehr kleiner Anteil der Strahlung wird seitlich, nicht orthogonal, unter so großen Winkeln abgestrahlt, dass er für Punktstrahleranwendungen nicht nutzbar oder störend ist.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz wird die Herstellung von Punktstrahler SMD-LEDs 100 bei hoher Präzision und geringen Toleranzen der Abstrahlcharakteristik und des Leuchtflecks (Spot) produktiv und kostengünstig ermöglicht. Dazu werden SMD-LEDs 100 mit TIR-Linsen 106 in PLP- oder WLP-Technologie hergestellt. Sie bestehen aus präzise gefertigten Trägermaterialien 104 und optischen Verkappungsmaterialien 106, die mittels Justagehilfen 110 präzise zusammengefügt werden.
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Mit anderen Worten wird ein LED-Punktstrahler 100 mit präziser, orthogonal gerichteter, engwinkliger Abstrahlung mit einem für die automatische Oberflächenmontage geeigneten Gehäuse 102 vorgestellt. Dabei besteht das Bauteil 100 aus einem LED-Punktstrahlerchip 108 und einem als Panel Level Packaging (PLP) oder Wafer Level Packaging (WLP) ausgeführten Gehäuse 102. Die Form der Abstrahlcharakteristik und des Strahlungsspots wird durch eine TIR-Linse 106 bestimmt. Der LED-Punktstrahlerchip 108 mit einer Emissionsfläche 116, die kleiner als die Oberseite oder die Unterseite des Chips 108 ist, die nicht von einer Bondfläche unterbrochen wird und die aus vorzugsweise einem oder mehreren runden oder viereckigen Bereichen besteht, kann aus AlGaInN, ZnO, SiC, AlGaAs, GaAsP, AlGalnP, InGaAsP oder anderen Halbleitermaterialien hergestellt sein. Der LED-Chip 108 kann monochrom jede beliebige Strahlung vom Ultravioletten, über den sichtbaren bis zum nahen infraroten Spektralbereich aber auch weißes Licht emittieren. Um weißes Licht zu erzeugen, kann ein Farbkonversionsmaterial, wie YAG oder Quantum Dots entweder auf die Emissionsfläche 116 der LED 108 aufgebracht oder in die TIR-Linse 106 eingebracht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Gehäuse 102 als ein PLP-Gehäuse 102 ausgeführt sein, dass aus einem Träger in Form der Leuchtmitteleinrichtung 104 und der Optikeinrichtung 106 in Form einer TIR-Linse 106 besteht, die jeweils als Array im identischen Raster zusammengefügt werden. Ist das Gehäuse 102 als ein WLP-Gehäuse ausgeführt, so nutzt dieses das Chipsubstrat 122 als Träger. Dabei werden die Leuchtdiodeneinrichtung 108 in Form eines LED-Wafer und die Optikeinrichtung 106 in Form eines TIR-Linsenarray ebenfalls im gleichen Raster zusammengefügt.
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Als Gehäuseträger 122 können Leiterplatten, Silizium, Keramik, metallische Trägerstreifen oder andere geeignete Materialien genutzt werden. Die TIR-Linsen 106 können aus Glas, Saphir, Silizium, Silicon Polycarbonat, Polyetherimid oder anderen Polymermaterialien bestehen. Die TIR-Linsen 106 werden als Array im Nutzen durch Präzisionsblankpressen, Injektionsspritzguss, 3-D-Druckverfahren oder Ultrapräzisionsdrehen und -fräsen hergestellt. Die Formen der TIR-Linsen 106 werden entsprechend der LED-Chipgeometrie für die jeweilige Anwendung berechnet und bemessen.
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2 zeigt eine Darstellung einer Anordnung 200 von Leuchtmitteln 100 mit vertikal leitender Leuchtdiodeneinrichtung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei ist ein zwischen zumindest zwei Leuchtmitteln 100 angeordnetes Leuchtmittel 100 ganz dargestellt, während die anderen Leuchtmittel der Anordnung 200 unvollständig dargestellt sind. Das Leuchtmittel 100 entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Leuchtmittel. Im Gegensatz dazu ist die Leuchtdiodeneinrichtung 108 hier als vertikal leitender Chip 108 ausgeführt. Der Chip 108 ist auf eine metallisierte Fläche 202 der Leuchtmitteleinrichtung 104 gelötet. Die metallisierte Fläche 202 ist auf dem Substrat 122 angeordnet und mit einer der Durchkontakteinrichtungen 124 leitend verbunden. Ein elektrischer Kontakt auf der Lichtaustrittsfläche 116 ist über einen Drahtbond mit der anderen Durchkontakteinrichtung 124 leitend verbunden.
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Die Optikeinrichtung 106 ist hier als Totalreflexionslinse 106 ausgeführt. Die Totalreflexionslinse 106 ist rotationssymmetrisch zu der optischen Achse 118 ausgeführt. Die Totalreflexionslinse 106 weist dabei einen zentral angeordneten refraktiven Linsenbereich 204 und einen ringförmig drum herum angeordneten reflektiven Reflektorbereich 206 auf. Die Optikeinrichtung 106 ist auf die Leuchtmitteleinrichtung 104 durch eine ringförmig um die Leuchtdiodeneinrichtung 108 umlaufende Klebestelle 208 aufgeklebt. Durch die Klebestelle 208 ist die Leuchtdiodeneinrichtung 108 in einem Hohlraum 210 zwischen dem Substrat 122 und der Optikeinrichtung 106 eingeschlossen. In dem Hohlraum 210 ist die Leuchtdiodeneinrichtung 108 vor Umwelteinflüssen geschützt.
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Bei der Herstellung des Leuchtmittels 100 wird der Nutzen 200 aus einer Matrix aus in einem Raster angeordneter Leuchtdiodeneinrichtungen 108 und einer Matrix aus in dem gleichen Raster angeordneten Optikeinrichtungen 106 zusammengesetzt. Die Optikeinrichtungen 106 sind an einer Lichtaustrittsfläche des Reflektorbereichs 206 miteinander verbunden. Dabei werden die Matrizen unter Verwendung der Zentriereinrichtung 110 aneinander ausgerichtet. Die Zentriereinrichtung 110 ist hier als ein relativ zu den Leuchtdiodeneinrichtungen 108 ausgerichtetes Lochmuster 110 im Substrat 122 und einer lose darin angeordneten Zentrierstruktur 212 ausgeführt. Die Zentrierstruktur 212 ist in das Lochmuster 110 eingesteckt und bildet für eine Optikeinrichtung 106 jeweils einen Zentrierring 212 aus. Dabei wird die Optikeinrichtung 106 beim Zusammenfügen mit der Leuchtmitteleinrichtung 104 an einer Außenfläche des Reflektorbereichs 206 ringförmig abgestützt und so relativ zur Leuchtdiodeneinrichtung 108 ausgerichtet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Raster hexagonal ausgeführt. Die Löcher 110 des Lochmusters 110 sind ebenso hexagonal um die Leuchtdiodeneinrichtung 108 herum angeordnet. Dabei sind in den Löchern 110 als Zentrierstruktur 212 Zentrierstifte 212 angeordnet, die jeweils die Außenfläche von drei umliegenden Optikeinrichtungen 106 berühren.
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Nach dem Verbinden der Leuchtmitteleinrichtung 104 mit den zusammenhängenden Optikeinrichtungen 106 werden die Leuchtmittel 100 voneinander getrennt beziehungsweise vereinzelt. Ebenso können Gruppen von Leuchtmitteln aus dem Nutzen 200 herausgetrennt werden. Dazu werden die Verbindungen der Optikeinrichtungen 106 getrennt. Ebenso wird das Substrat 122 um das Leuchtmittel herum geschnitten. Um die Lichtaustrittsfläche des Reflektorbereichs 206 zu verbessern, kann eine Oberflächenschicht 214 der Optikeinrichtungen 106 abgetragen werden. Die Zentrierstruktur 112 wird beim Trennen der Leuchtmittel 100 ebenfalls durchtrennt und kann entfernt werden.
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Der Chipträger 122 beziehungsweise das Panel 122 oder der Wafer 122 kann aus Leiterplattenmaterial, Keramik, Silizium, Metall-Trägerstreifen oder anderen Materialien bestehen und weist mit Durchkontaktierungen 124, Justierhilfen 110 für das Linsenarray 106 auf. Das Substrat ist geeignet für die Montage von Chip- und Draht-gebondeten vertikal leitenden Chips 108 oder Flipchips 108.
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Die beispielsweise in Form eines TIR-Linsenarrays ausgeführte Optikeinrichtung 106 kann aus Polymer, Glas, Silicon oder anderen geeigneten Materialien bestehen und weist eine optische Formgebung auf, die die Strahlung aus der LED-Emissionsfläche 116 so projiziert, dass eine orthogonal gerichtete, gebündelte Abstrahlung erfolgt.
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Die beispielsweise als LED-Chips ausgeführten Leuchtdiodeneinrichtungen 108 weisen eine Emissionsfläche 116 auf, die jeweils kleiner als die Oberseite und/oder Unterseite des Chips 108 ist. Die Emissionsfläche 116 wird nicht von einer Bondfläche unterbrochen. Die Emissionsfläche 116 besteht aus vorzugsweise einem oder mehreren runden oder viereckigen Bereichen. Die LED-Chips 108 können vereinzelt auf Panel Level bestückt werden oder nicht vereinzelt auf Wafer Level verarbeitet werden.
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Durch geeignetes Verbinden der drei vorgenannten Komponenten und nachfolgendes Trennen des Verbundes aus dem Chipträgerarray 104 und dem TIR-Linsenarray 106 können LEDs 100 zur Oberflächenmontage erzeugt werden, die bei hoher Auskopplungseffizienz eine präzise, orthogonale Abstrahlcharakteristik mit einem Schielwinkel ≤ ±2°, mit einem engen Öffnungswinkel von ≤ 20° und einer hohen Bestrahlungsdichte besitzen.
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In 2 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine SMD-LED 100 mit vertikal leitendem Punktstrahler Chip 108 dargestellt. Die LED 100 ist in PLP-Technologie mit einem TIR-Linsenarray 106 aufgebaut.
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3 zeigt eine Darstellung von im Nutzen 200 angeordneten Leuchtmitteln 100 mit Flip Chip Leuchtdiodeneinrichtung 108 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Leuchtmittel 100 entsprechen dabei im Wesentlichen der Darstellung in 2. Im Gegensatz dazu ist die Optikeinrichtung 106 hier wie in 1 über Aufnahmen 112 direkt in dem Lochmuster 110 der Zentriereinrichtung 110 befestigt. Dabei sind die Aufnahmen 212 der Optikeinrichtung 106 in die Löcher des Lochmusters 110 über Klebestellen 208 verklebt.
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Der Hohlraum 109 um die Leuchtdiodeneinrichtung 108 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel optional mit einem transparenten Medium mit einer Brechzahl > 1 und < 2 ausgefüllt, wobei in dem transparenten Medium auch die Strahlungsfrequenz verändernde (konvertierende) Mikro – oder Nanopartikel gleichmäßig verteilt sein können.
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Die Leuchtdiodeneinrichtung 108 ist hier als schichtweise aufgebauter Flip Chip 108 ausgeführt.
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In 3 ist eine SMD-LED 100 mit einem Flip Chip Punktstrahler Chip 108 dargestellt. Die LED 100 ist in PLP-Technologie mit einem TIR-Linsenarray 106 aufgebaut.
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4 zeigt eine Darstellung von im Nutzen 200 angeordneten Leuchtmitteln 100 mit einem Träger 400 für eine Optikeinrichtung 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Leuchtmittel entsprechen im Wesentlichen der Darstellung in 2. Im Gegensatz dazu ist die Matrix aus Optikeinrichtungen 106 mit dem Träger 400 verbunden. Der Träger 400 ist wiederum mit der Leuchtmitteleinrichtung 104 verbunden. Der Träger 400 weist Abstandshalter 402 auf, die in der Zentriereinrichtung 110 verankert beziehungsweise eingeklebt sind. Durch den Träger 400 weist die Optikeinrichtung 106 gegenüber der Darstellung in 2 einen vergrößerten Abstand zu der Leuchtdiodeneinrichtung 108 auf.
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Die Hohlräume 403 und 109 um die Leuchtdiodeneinrichtung 108 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel optional mit einem transparenten Medium mit einer Brechzahl > 1 und < 2 ausgefüllt, wobei in diesem transparenten Medium auch die Strahlungsfrequenz verändernde (konvertierende) Mikro – oder Nanopartikel gleichmäßig verteilt sein können.
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Es werden somit gemäß einem Ausführungsbeispiel SMD-LEDs 100 vorgestellt, die einen besonders präzisen, orthogonal fokussierten und homogenen Strahlspot erzeugen. Die vorgeschlagenen PLP- oder WLP-Gehäuse mit TIR-Linsen 106 ermöglichen eine produktive und kostengünstige Herstellung sowie die größtmögliche Miniaturisierbarkeit für SMD-LEDs 100 dieser Art.
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5 zeigt eine Darstellung einer Matrix 500 aus Optikeinrichtungen 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Matrix 500 entspricht im Wesentlichen den in den 2 bis 4 dargestellten Matrizen. Durch die matrixförmige Anordnung der gleichartigen Optikeinrichtungen 106 kann in einem einzigen Arbeitsgang eine Vielzahl von Optikeinrichtungen 106 hergestellt werden. Die Optikeinrichtungen 106 können als Matrix 500 mit dem Substrat verbunden werden, was das Ausrichten deutlich vereinfacht, da die Matrix über die Zentriereinrichtung des Substrats als Ganzes positionsgenau ausgerichtet werden kann.
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Bei geeignetem Linsenarraydesign kann der erzeugte Lichtfleck, also die bestrahlte Fläche, eine hohe Intensitätshomogenität aufweisen und der Anteil der Strahlung, der unter einem Winkel, der größer ist als der Öffnungswinkel, kann weniger als 20% der Gesamtstrahlung betragen. Dabei bezieht sich der Öffnungswinkel auf einen auf halbem, maximalem Intensitätsniveau eingeschlossenen Winkel.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Herstellen eines Leuchtmittels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 600 weist einen Schritt 602 des Bereitstellens, einen Schritt 604 des Ausrichtens und einen Schritt 606 des Verbindens auf. Im Schritt 602 des Bereitstellens wird eine Leuchtmitteleinrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz sowie eine Optikeinrichtung bereitgestellt. Im Schritt 604 des Ausrichtens wird die Optikeinrichtung unter Verwendung der Zentriereinrichtung an der Leuchtdiodeneinrichtung ausgerichtet. Im Schritt 606 des Verbindens wird die Optikeinrichtung mit dem Substrat verbunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 602 die Leuchtmitteleinrichtung mit einem Substrat bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Leuchtdiodeneinrichtungen und eine Matrix aus Zentriereinrichtungen aufweist. Ferner wird eine sich über die Mehrzahl von Leuchtdiodeneinrichtungen erstreckende Optikeinrichtung bereitgestellt. In einem optionalen Schritt 608 werden die einzelnen Leuchtdiodeneinrichtungen voneinander getrennt, sodass eine Mehrzahl von Leuchtmitteln hergestellt wird.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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