DE102015107516A1 - Verfahren zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung, wobei die optoelektronische Leuchtvorrichtung ein eine lichtemittierende Fläche aufweisendes optoelektronisches Halbleiterbauteil umfasst, umfassend die folgenden Schritte:
– Aufbringen eines aushärtbaren Linsenwerkstoffs auf die lichtemittierende Fläche,
– Aushärten des Linsenwerkstoffs, um eine Linse aus einem ausgehärteten Linsenwerkstoff zu bilden, wobei
– nach dem Aufbringen und vor oder während des Aushärtens die lichtemittierende Fläche in eine Lage angeordnet wird, in welcher ein in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs orientierter Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche und eine Normalkraft einer auf die lichtemittierende Fläche wirkenden Gewichtskraft parallel zueinander sind,
– so dass der Linsenwerkstoff zumindest teilweise in der Lage aushärtet.
Die Erfindung betrifft ferner eine optoelektronische Leuchtvorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung sowie eine optoelektronische Leuchtvorrichtung.
  • Es ist üblich, eine Linse für eine optische Abbildung von Licht zu verwenden, das mittels einer Leuchtdiode emittiert wird. Eine solche Linse kann zum Beispiel unmittelbar auf einer lichtemittierenden Fläche der Leuchtdiode gebildet sein. Hierfür kann zum Beispiel Silikon mittels eines Vergussprozesses auf die lichtemittierende Fläche aufgebracht und anschließend ausgehärtet werden.
  • Aufgrund der Schwerkraft bildet sich eine Linsengeometrie in Form einer abgeflachten Halbkugel mit einem in der Regel elliptischen Querschnitt. Eine Lichtauskopplung aus der Leuchtdiode ist dadurch begrenzt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein Konzept bereitzustellen, welches eine effiziente Lichtauskopplung aus einem optoelektronischen Halbleiterbauteil ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
  • Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung, wobei die optoelektronische Leuchtvorrichtung ein eine lichtemittierende Fläche aufweisendes optoelektronisches Halbleiterbauteil umfasst, bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
    • – Aufbringen eines aushärtbaren Linsenwerkstoffs auf die lichtemittierende Fläche,
    • – Aushärten des Linsenwerkstoffs, um eine Linse aus einem ausgehärteten Linsenwerkstoff zu bilden, wobei
    • – nach dem Aufbringen und vor oder während des Aushärtens die lichtemittierende Fläche in eine Lage angeordnet wird, in welcher ein in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs orientierter Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche und eine Normalkraft einer auf die lichtemittierende Fläche wirkenden Gewichtskraft parallel zueinander sind,
    • – so dass der Linsenwerkstoff zumindest teilweise in der Lage aushärtet.
  • Nach noch einem Aspekt wird eine optoelektronische Leuchtvorrichtung bereitgestellt, umfassend:
    • – ein eine lichtemittierende Fläche aufweisendes optoelektronisches Halbleiterbauteil, und
    • – eine auf der lichtemittierenden Fläche gebildete Linse aus einem zumindest teilweise in einer Lage ausgehärteten Linsenwerkstoff, in welcher ein in Richtung eines auf der lichtemittierenden Fläche aufgebrachten Linsenwerkstoffs orientierter Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche und eine Normalkraft einer auf die lichtemittierende Fläche wirkenden Gewichtskraft parallel zueinander sind.
  • Dadurch, dass der Linsenwerkstoff zumindest teilweise in der Lage aushärtet, wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Linse hergestellt werden kann, die ein im Vergleich zum in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Stand der Technik erhöhtes Aspektverhältnis (Höhe der Linse ÷ Durchmesser der Linse) aufweist. Dies wird insbesondere dadurch bewirkt, dass die Gewichtskraft des aufgebrachten Linsenwerkstoffs in dieser Lage zu einer Streckung des Linsenwerkstoffs führt. Der aufgebrachte Linsenwerkstoff versucht sozusagen von der lichtemittierenden Fläche abzutropfen. Im bekannten Stand der Technik führt die Gewichtskraft jedoch vielmehr zu einer Linsengeometrie in Form einer abgeflachten Halbkugel. Durch dieses erhöhte Aspektverhältnis kann somit insbesondere in vorteilhafter Weise eine effiziente und verbesserte Lichtauskopplung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauteil bewirkt werden. Somit ist also in vorteilhafter Weise eine effiziente Lichtauskopplung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauteil ermöglicht.
  • Nach einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauteil eine Leuchtdiode, auch lichtemittierende Diode genannt, die im Englischen als „light emitting diode“ (LED) bezeichnet wird. Die lichtemittierende Diode kann zum Beispiel eine organische oder eine anorganische lichtemittierende Diode sein.
  • Nach einer Ausführungsform sind mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile vorgesehen, die zum Beispiel gleich oder insbesondere unterschiedlich gebildet sein können. Die im Zusammenhang mit einem optoelektronischen Halbleiterbauteil gemachten Ausführungen gelten analog für mehrere optoelektronische Halbleiterbauteile und umgekehrt.
  • Die lichtemittierende Fläche kann nach einer Ausführungsform eine Oberfläche einer Konversionsschicht sein. Das heißt also zum Beispiel, dass das Halbleiterbauteil eine Konversionsschicht umfassen kann. Eine Konversionsschicht ist insbesondere ausgebildet, elektromagnetische Strahlung aufweisend eine erste Wellenlänge oder einen ersten Wellenlängenbereich in eine elektromagnetische Strahlung aufweisend eine zweite Wellenlänge oder einen zweiten Wellenlängenbereich zu konvertieren, wobei die zweite Wellenlänge verschieden von der ersten Wellenlänge ist respektive der zweite Wellenlängenbereich zumindest teilweise, insbesondere vollständig, verschieden von dem ersten Wellenlängenbereich ist. Eine Konversionsschicht weist also eine Konversionsfunktion auf, konvertiert also elektromagnetische Strahlung. Die zu konvertierende elektromagnetische Strahlung kann zum Beispiel als ein Primärlicht oder als eine Primärstrahlung bezeichnet werden.
  • Die mittels der Konversionsschicht konvertierte elektromagnetische Strahlung kann zum Beispiel als ein Sekundärlicht oder als eine Sekundärstrahlung bezeichnet werden.
  • Die Konversionsschicht kann zum Beispiel einen Phosphor und/oder einen organischen und/oder einen anorganischen Leuchtstoff umfassen.
  • Die Gewichtskraft ist die durch die Wirkung eines Schwerefeldes verursachte Kraft auf einen Körper, hier zum Beispiel die lichtemittierende Fläche oder den aufgebrachten Linsenwerkstoff. In einem rotierenden Bezugssystem eines Himmelskörpers, hier zum Beispiel der Erde, setzt sich dieses Schwerefeld aus einem Gravitationsanteil und einem im Vergleich zum Gravitationsanteil kleineren Zentrifugalanteil zusammen. Die Gewichtskraft ist lotrecht nach unten gerichtet, was beinahe, aber nicht genau (aufgrund des Zentrifugalanteils), der Richtung zum Erdmittelpunkt entspricht. Die Gewichtskraft ist also das Produkt der Masse des Körpers mit der Schwerebeschleunigung.
  • Die Lotrichtung bezeichnet eine örtliche Richtung der Schwerebeschleunigung, sie zeigt also nach unten, also in etwa, wenn auch nicht exakt, in Richtung des Erdmittelpunktes.
  • Jede auf eine Fläche einwirkende Kraft kann in die Komponenten Normalkraft und Tangentialkraft zerlegt werden. Hierbei steht die Normalkraft senkrecht zur Fläche, also in Richtung eines Normalenvektors. Das heißt also, dass die Gewichtskraft in die Komponenten Normalkraft und Tangentialkraft zerlegt werden kann.
  • Ein Normalenvektor ist ein Vektor, der orthogonal, also rechtwinklig oder senkrecht, auf einer Geraden, Kurve, Ebene oder Fläche steht. Eine Fläche kann zum Beispiel zwei Normalenvektoren aufweisen, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche, der in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs orientiert ist, und die Normalkraft der auf die lichtemittierende Fläche wirkenden Gewichtskraft parallel zueinander sind, wenn sich die lichtemittierende Fläche in der Lage befindet. Dieser Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche und diese Normalkraft zeigen also in eine gemeinsame Richtung, sie sind also kollinear und parallel.
  • Im bekannten Stand der Technik wurde der Linsenwerkstoff ausgehärtet, wenn sich die lichtemittierende Fläche in einer Lage befindet, in welcher dieser Normalenvektor und diese Normalkraft antiparallel zueinander sind. Im bekannten Stand der Technik zeigen also der Normalenvektor und die Normalkraft in entgegengesetzte Richtung. Sie sind zwar noch kollinear, aber antiparallel.
  • Unter einem Aushärten oder einer Aushärtung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere ein irreversibler Übergang des Linsenwerkstoffs von einem flüssigen in einen festen Zustand durch eine Vernetzung verstanden. Eine Vernetzung bezeichnet in der makromolekularen Chemie Reaktionen, bei denen eine Vielzahl einzelner Makromoleküle zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpft wird. Die Verknüpfung kann zum Beispiel direkt beim Aufbau der Makromoleküle und/oder zum Beispiel durch Reaktionen an bereits bestehenden Polymeren bewirkt werden. Durch den Prozess der Vernetzung verändern sich Eigenschaften der vernetzten Stoffe, hier zum Beispiel des Linsenwerkstoffs. Zum Beispiel sind eine Erhöhung der Härte und/oder der Zähigkeit und/oder des Schmelzpunktes und/oder eine Absenkung der Löslichkeit vorgesehen.
  • Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Linsenwerkstoff ein oder mehrere Silikone umfasst oder aus einem oder mehreren Silikonen gebildet ist.
  • Silikon ist eine Bezeichnung für eine Gruppe synthetischer Polymere, bei denen Siliziumatome über Sauerstoffatome verknüpft sind.
  • Durch die Verwendung eines oder mehrerer Silikone für den auszuhärtenden Linsenwerkstoff wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein effizientes Aufbringen des Linsenwerkstoffs auf die lichtemittierende Fläche bewirkt werden kann. Insbesondere kann dadurch der Linsenwerkstoff in an sich bekannten Vergussprozessen auf die lichtemittierende Oberfläche aufgebracht werden.
  • Nach einer Ausführungsform umfasst das Aufbringen ein Dispensen und/oder ein Gießen und/oder Vergießen des Linsenwerkstoffs.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gewichtskraft im Wesentlichen senkrecht zur lichtemittierenden Fläche ist, so dass der Normalenvektor im Wesentlichen der Gewichtskraft entspricht.
  • Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine im Wesentlichen symmetrische Geometrie der Linse bewirkt werden kann. Die Symmetrie bezieht sich hier auf den Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche. So lässt sich zum Beispiel eine parabolische Form der Linse erzielen.
  • Dass der Normalenvektor im Wesentlichen der Gewichtskraft entspricht, umfasst insbesondere den Fall, dass der Normalenvektor exakt der Gewichtskraft entspricht. Das heißt also, dass die Gewichtskraft exakt senkrecht auf der lichtemittierenden Fläche steht. Die Formulierung „im Wesentlichen“ umfasst aber auch solche Fälle, die von dieser perfekten Orthogonalität im Rahmen von Fertigungstoleranzen abweichen. So umfasst die Formulierung „im Wesentlichen“ insbesondere Abweichungen von ±10°, insbesondere von ±5°, vorzugsweise von ±1° relativ zum Normalenvektor.
  • Das heißt also insbesondere, dass nach einer Ausführungsform ein Winkel zwischen der Gewichtskraft und dem Normalenvektor zwischen 0° bis 10°, beispielsweise zwischen 0° bis 5°, insbesondere zwischen 0° und 1°, beträgt.
  • Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Aufbringen ein die lichtemittierende Fläche zumindest teilweise umlaufender Damm für den aufzubringenden Linsenwerkstoff gebildet wird.
  • Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine Flächenbegrenzung erzeugt werden kann, so dass der aufgebrachte Linsenwerkstoff auf der lichtemittierenden Fläche bleibt und zum Beispiel nicht von dieser herunter fließt. Dadurch kann zum Beispiel eine effiziente Fertigung bewirkt werden. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass Linsenwerkstoff auch zu Bereichen der Leuchtvorrichtung fließt, an welchen eine Benetzung mit Linsenwerkstoff nicht erwünscht ist.
  • Nach einer Ausführungsform umfasst der Damm ein oder mehrere Silikone. Insbesondere ist der Damm aus einem oder mehreren Silikonen gebildet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Damm eine Höhe zwischen 400 µm und 600 µm bezogen auf die lichtemittierende Fläche aufweist. Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass eine ausreichend hohe Flächenbegrenzung erzeugt werden kann, um ausreichend Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche aufzubringen, um in vorteilhafter Weise eine ausreichend große Linse herzustellen.
  • Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Damm eine Höhe von 500 µm bezogen auf die lichtemittierende Fläche aufweist.
  • Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Damm die lichtemittierende Fläche vollständig umläuft. Der Damm ist also in sich geschlossen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor dem Anordnen der lichtemittierenden Fläche in die Lage der aufgebrachte Linsenwerkstoff vorausgehärtet wird.
  • Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass unerwünschte Bewegungen des aufgebrachten Linsenwerkstoffs beim Anordnen der lichtemittierenden Fläche in die Lage verhindert oder zumindest reduziert werden können. Insbesondere kann dadurch ein übermäßiges Abtropfen des Linsenwerkstoffs von der lichtemittierenden Fläche verhindert werden.
  • In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Voraushärten und/oder das Aushärten ein Bestrahlen des aufgebrachten Linsenwerkstoffs mit elektromagnetischer Strahlung und/oder ein Erwärmen des Linsenwerkstoffs auf eine Temperatur von 140 °C bis 160 °C, insbesondere 150° C, für eine Zeit von 3400 s bis 3800 s, insbesondere 3600 s, umfasst. Das heißt also insbesondere, dass der aufgebrachte Linsenwerkstoff zum Beispiel für eine Zeit zwischen 3400 s bis 3800 s, insbesondere 3600 s, bei einer Temperatur zwischen 140 °C bis 160 °C, insbesondere 150° C, gehalten wird, um den aufgebrachten Linsenwerkstoff vorauszuhärten und/oder auszuhärten.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen 10 mg und 20 mg, insbesondere 10 mg oder 20 mg, aushärtbarer Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche aufgebracht wird.
  • Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass aufgrund der verwendeten Füllmenge eine ausreichend große Linse hergestellt werden kann.
  • Die Formulierung „ausreichend groß“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass die hergestellte Linse eine Größe aufweist, die für den vorbestimmten Einsatzzweck geeignet ist. Die Größe hängt dabei zum Beispiel von der auszukoppelnden Wellenlänge der mittels des Halbleiterbauteils emittierten elektromagnetischen Strahlung ab. Zum Beispiel hängt die Größe davon ab, welchen Abstrahlwinkel die elektromagnetische Strahlung aufweisen soll.
  • Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Linse der optoelektronischen Leuchtvorrichtung mittels des Verfahrens zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung hergestellt ist.
  • Das Halbleiterbauteil ist nach einer Ausführungsform als ein Halbleiterchip gebildet.
  • Ausführungen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren gemacht sind, gelten analog für Ausführungsformen hinsichtlich der Leuchtvorrichtung und umgekehrt. Das heißt also, dass sich technische Funktionalitäten für die Leuchtvorrichtung analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten des Verfahrens ergeben und umgekehrt.
  • 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 Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
  • 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung,
  • 2 eine optoelektronische Leuchtvorrichtung,
  • 3 eine weitere optoelektronische Leuchtvorrichtung nach einem Aufbringen eines aushärtbaren Linsenwerkstoffs,
  • 4 die optoelektronische Leuchtvorrichtung der 3 während eines Aushärtens,
  • 5 eine erfindungsgemäße Linse,
  • 6 eine bekannte Linse,
  • 7 eine weitere erfindungsgemäße Linse,
  • 8 eine weitere bekannte Linse und
  • 9 und 10 jeweils eine optoelektronische Leuchtvorrichtung in unterschiedlichen Lagen
    zeigen.
  • Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Linse für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung.
  • Die optoelektronische Leuchtvorrichtung weist ein optoelektronisches Halbleiterbauteil auf. Das optoelektronische Halbleiterbauteil umfasst eine lichtemittierende Fläche. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    Gemäß einem Schritt 101 wird ein aushärtbarer Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche des optoelektronischen Halbleiterbauteils aufgebracht. Zum Beispiel kann der aushärtbare Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche gegossen oder dispenst werden. Das heißt also, dass das Aufbringen des aushärtbaren Linsenwerkstoffs einen Vergussprozess umfassen kann.
  • In einem Schritt 103 wird die lichtemittierende Fläche in eine Lage angeordnet, in welcher ein in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs orientierter Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche und eine Normalkraft einer auf die lichtemittierende Fläche wirkenden Gewichtskraft parallel zueinander sind.
  • In einem Schritt 105 ist vorgesehen, dass der Linsenwerkstoff in dieser Lage aushärtet.
  • In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die lichtemittierende Fläche während des Aushärtens in die Lage angeordnet wird. Das heißt also, dass ein Aushärteprozess oder ein Aushärten des Linsenwerkstoffs bereits begonnen hat, wenn die lichtemittierende Fläche in die Lage angeordnet wird.
  • Durch das Anordnen der lichtemittierenden Fläche in die Lage wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass sich dadurch Linsengeometrien ergeben, welche sich in der Regel nicht erreichen lassen, wenn während eines Aushärtens der Normalenvektor und die Normalkraft antiparallel zueinander sind.
  • Wenn der Normalenvektor und die Normalkraft parallel zueinander sind, so können zum Beispiel in vorteilhafter Weise parabolische Formen für die Linsen erzielt werden. Wenn hingegen die Normalkraft und der Normalenvektor antiparallel zueinander sind, so ergeben sich in der Regel abgeflachte Halbkugeln für die Linsen.
  • Auch ist es in vorteilhafter Weise möglich, über die aufgebrachte Menge an aushärtbarem Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche, eine Linsenform zu beeinflussen.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in vorteilhafter Weise annähernd halbkugelförmige Linsen einfach und effizient hergestellt werden. Das Herstellen von annähernd halbkugelförmigen Linsen war bisher nur mit sehr aufwendig spritzgegossenen Linsen möglich. Allerdings wird hierfür ein spezielles Vergusswerkzeug benötigt, was technisch aufwendig und kostenintensiv ist. Des Weiteren können für solche Spritzgussprozesse in speziellen Spritzgusswerkzeugen in der Regel nur ausgewählte spritzgussfähige Silikone verwendet werden. Diese Nachteile lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in vorteilhafter Weise überwinden.
  • 2 zeigt eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 201.
  • Die optoelektronische Leuchtvorrichtung umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 203, welches zum Beispiel als eine Leuchtdiode gebildet sein kann. Das Halbleiterbauteil 203 umfasst eine lichtemittierende Fläche 205. Das heißt also, dass in einem Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauteils 203 elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, mittels der lichtemittierenden Fläche 205 emittiert wird.
  • Auf der lichtemittierenden Fläche 205 ist eine Linse 207 gebildet oder angeordnet, die aus einem zumindest teilweise in einer Lage ausgehärteten Linsenwerkstoff gebildet ist, in welcher ein in Richtung eines auf der lichtemittierenden Fläche 205 aufgebrachten Linsenwerkstoffs orientierter Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche und eine Normalkraft einer auf die lichtemittierende Fläche 205 wirkenden Gewichtskraft parallel zueinander sind.
  • Hinsichtlich einer bildlichen Darstellung des Normalenvektors und der Normalkraft sowie der Gewichtskraft wird insbesondere auf die 9 und 10 und die entsprechenden Ausführungen verwiesen.
  • 3 zeigt eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 301 in einer seitlichen Schnittansicht.
  • Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 301 umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 303 aufweisend eine lichtemittierende Fläche 305. Um die lichtemittierende Fläche 305 ist ein Damm 307 gebildet, der die lichtemittierende Fläche 305 umschließt.
  • Es ist ein aushärtbarer Linsenwerkstoff 309 auf der lichtemittierenden Fläche 305 aufgebracht. Der Damm 307 verhindert ein Zerfließen des aufgebrachten Linsenwerkstoffs 309 und wirkt als Begrenzung für den Linsenwerkstoff 309, damit dieser nicht von der lichtemittierenden Fläche 305 herunter fließt.
  • An der lichtemittierenden Fläche 305 greift eine Gewichtskraft 311 an. Ferner ist ein Normalenvektor 313 der lichtemittierenden Fläche 305 eingezeichnet, der in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs 309 orientiert ist.
  • In der in 3 gezeigten Lage der lichtemittierenden Fläche 305 sind die Gewichtskraft 311 und der Normalenvektor 313 antiparallel zueinander. In einer solchen Lage ist es vorteilhaft und insbesondere vorgesehen, dass aushärtbarer Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche 305 aufgebracht wird.
  • Wenn aber in dieser Lage gemäß 3 der aufgebrachte Linsenwerkstoff 309 aushärtet, so wird dadurch eine ausgehärtete Linse gebildet, die eine abgeflachte Kugelform mit in der Regel elliptischem Querschnitt aufweist. Eine Lichtauskopplung aus dem optoelektronischen Bauteil 303 ist durch diese Geometrie begrenzt.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die lichtemittierende Fläche 305 in eine Lage angeordnet wird, in welcher der Normalenvektor 313 und eine Normalkraft der Gewichtskraft 311 parallel zueinander sind. Dies zeigt 4. In 4 ist die Gewichtskraft 311 senkrecht zur lichtemittierenden Fläche 305, so dass diese Normalkraft der Gewichtskraft 311 entspricht und daher nicht mit einem eigenen Bezugszeichen versehen und nicht explizit dargestellt ist. In der in 4 gezeigten Lage sind somit der Normalenvektor 313 und die Gewichtskraft 311 parallel zueinander.
  • In dieser Lage bewirkt die Gewichtskraft 311, dass sich der aufgebrachte Linsenwerkstoff 309 streckt und eine parabolische Form bildet. In dieser Lage wird der aufgebrachte Linsenwerkstoff 309 ausgehärtet.
  • 5 zeigt eine weitere ausgehärtete Linse 501, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
  • Die Linse 501 ist auf einer lichtemittierenden Fläche 503 eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 505 einer optoelektronischen Leuchtvorrichtung 507 angeordnet.
  • Die Linse 501 wurde ausgehärtet, während sich die lichtemittierende Fläche 503 in einer Lage analog zu 4 befand. Das heißt also, dass während des Aushärtens die Gewichtskraft 311 und der Normalenvektor 313 parallel zueinander sind, damit sich die in 5 gezeigte Linsenform ausbilden und verfestigen konnte. Nach dem Aushärten kann die lichtemittierende Fläche 503 zurück in die in 5 gezeigte Lage gebracht werden (Normalenvektor 313 und Gewichtskraft 311 antiparallel zueinander), ohne dass die Linse 501 ihre Form verliert.
  • Eine Höhe der Linse 501 ist mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet, welcher von einer geschweiften Klammer mit dem Bezugszeichen 317 umfasst ist. Ein Durchmesser der Linse 501 ist mit einem Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 315 gekennzeichnet.
  • Ein Aspektverhältnis der Linse 501 ist also gleich der Höhe 317 geteilt durch den Durchmesser 315.
  • 6 zeigt eine ausgehärtete Linse 601, wobei diese Linse 601 gemäß einem bekannten Verfahren hergestellt ist. In diesem bekannten Verfahren war die lichtemittierende Fläche 503 während des Aushärtens des Linsenwerkstoffs in einer Lage analog zu 3 angeordnet. Das heißt also, dass während des Aushärtens die Gewichtskraft 311 und der Normalenvektor 313 antiparallel zueinander waren. Zu erkennen ist, dass die Linsenform der ausgehärteten Linse 601 abgeflachter ist im Vergleich zu der Linsenform der ausgehärteten Linse 501 gemäß 5. Ein entsprechendes Aspektverhältnis ist somit im Vergleich zu der optoelektronischen Leuchtvorrichtung 507 gemäß 5 niedriger.
  • Zum Herstellen der Linse 501 gemäß 5 als auch zum Herstellen der Linse 601 gemäß 6 wurden jeweils 10 mg an aushärtbarem Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche 503 aufgebracht. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Höhe eines Damms bezogen auf die lichtemittierende Fläche 503 500 µm beträgt. Ein Durchmesser 315 für beide Linsen 501, 601 beträgt zum Beispiel 4 mm.
  • 7 und 8 zeigen respektive eine gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgehärtete Linse 701 und eine gemäß einem bekannten Verfahren ausgehärtete Linse 801.
  • Analog zu 5 wurde auch zum Herstellen der Linse 701 in 7 der aufgebrachte Linsenwerkstoff in einer Lage der lichtemittierenden Fläche 503 ausgehärtet, in welcher die Gewichtskraft 311 und der Normalenvektor 313 parallel zueinander waren. Entsprechend bildet sich dann die in 7 gezeigte Linsenform aus. Die entsprechende optoelektronische Leuchtvorrichtung weist hier das Bezugszeichen 703 auf.
  • Im Vergleich dazu wurde der aufgebrachte Linsenwerkstoff zum Herstellen der Linse 801 gemäß 8 analog zu 6 in einer Lage ausgehärtet, in welcher die Gewichtskraft 311 und der Normalenvektor 313 antiparallel zueinander waren. Entsprechend bildet sich die in 8 gezeigte Linsenform für die ausgehärtete Linse 801 aus, die abgeflachter ist im Vergleich zu der Linsenform der ausgehärteten Linse 701 gemäß 7. Ein entsprechendes Aspektverhältnis ist insofern niedriger als ein Aspektverhältnis der ausgehärteten Linse 701.
  • Zum Herstellen der Linse 701 gemäß 7 als auch zum Herstellen der Linse 801 gemäß 8 wurden jeweils 20 mg an aushärtbarem Linsenwerkstoff auf die lichtemittierende Fläche 503 aufgebracht. In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Höhe eines Damms bezogen auf die lichtemittierende Fläche 503 500 µm beträgt. Ein Durchmesser 315 für beide Linsen 701, 801 beträgt zum Beispiel 4 mm.
  • 9 zeigt eine optoelektronische Leuchtvorrichtung 901.
  • Die optoelektronische Leuchtvorrichtung 901 umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauteil 903 aufweisend eine lichtemittierende Fläche 905. Auf diese lichtemittierende Fläche 905 ist ein aushärtbarer Linsenwerkstoff 909 aufgebracht.
  • Ein Normalenvektor der lichtemittierenden Fläche 905, der in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs 909 orientiert ist, ist mit dem Bezugszeichen 911 gekennzeichnet. Eine Gewichtskraft, die an der lichtemittierenden Fläche 905 angreift, ist mit dem Bezugszeichen 907 versehen.
  • Die Gewichtskraft 907 kann in eine Normalkraft 913 und in eine Tangentialkraft 915 aufgeteilt werden. Hierbei ist die Normalkraft 913 senkrecht oder orthogonal zur lichtemittierenden Fläche 905. Die Tangentialkraft 915 ist parallel oder tangential zur lichtemittierenden Fläche 905.
  • In 9 ist die lichtemittierende Fläche 905 in einer Lage, in welcher die Normalkraft 913 der Gewichtskraft 907 antiparallel zu dem Normalenvektor 911 ist.
  • 10 zeigt die optoelektronische Leuchtvorrichtung 901, wobei sich hier die lichtemittierende Fläche 905 in einer Lage befindet, in welcher die Normalkraft 913 und der Normalenvektor 911 parallel zueinander sind.
  • Die Erfindung umfasst also insbesondere und unter anderem den Gedanken, eine auf einer lichtemittierenden Fläche eines optoelektronischen Bauteils dispensierte Linse über Kopf (Normalenvektor und Normalkraft oder Gewichtskraft parallel zueinander) auszuhärten, insbesondere auszuheizen. Dadurch ergeben sich in vorteilhafter Weise Linsengeometrien, welche sich nicht erreichen lassen, wenn der aufgebrachte Linsenwerkstoff aufrecht ausgeheizt oder allgemein ausgehärtet wird. Aufrecht bezeichnet hier eine Lage, in welcher die Gewichtskraft und der Normalenvektor antiparallel zueinander sind. Durch die erfindungsgemäße Überkopflage ist in vorteilhafter Weise eine parabolische Form der Linse möglich. Hingegen ist in der Regel mittels eines aufrechten Aushärtens nur eine abgeflachte Halbkugel als Linsenform erzielbar.
  • Mit der Dispensmenge an Linsenwerkstoff kann zum Beispiel eine Linsenform in einem weiten Bereich in vorteilhafter Weise beeinflusst oder eingestellt werden. Die Gewichtskraft des dispensierten Linsenmaterials führt im hängenden Zustand (über Kopf) zu einer Streckung des Linsenwerkstoffs und dadurch zu einem deutlich erhöhtem Aspektverhältnis (Höhe/Durchmesser) der Linse. Es lassen sich somit in vorteilhafter Weise höhere Linsen erzeugen als bei der herkömmlichen Methode des Ausheizens oder allgemein des Aushärtens in aufrechter oder normal ebener Lage. Durch den Dispensiervorgang können in vorteilhafter Weise handelsübliche Silikone, die nicht unbedingt auf ein Moulden (Spritzgießen) ausgelegt sind, verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß können also größere Linsenhöhen erreicht werden, die in vorteilhafter Weise eine Lichtauskopplung lotrecht zur lichtemittierenden Fläche, die auch als eine Chipoberfläche gebildet sein kann, erhöhen.
  • Insbesondere ist ein größerer Variationsbereich der Linsenform durch die hängende Aushärteorientierung, insbesondere Ausheizorientierung, gegeben. Somit kann in vorteilhafter Weise ein exaktes Einstellen eines Abstrahlverhaltens des optoelektronischen Halbleiterbauteils ermöglicht werden.
  • Insbesondere können in vorteilhafter Weise standarddispensfähige Silikone verwendet werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Aufbringen
    103
    Anordnen
    105
    Aushärten
    201
    optoelektronische Leuchtvorrichtung
    203
    optoelektronisches Halbleiterbauteil
    205
    lichtemittierende Fläche
    207
    Linse
    301
    optoelektronische Leuchtvorrichtung
    303
    optoelektronisches Halbleiterbauteil
    305
    lichtemittierende Fläche
    307
    Damm
    309
    Linsenwerkstoff
    311
    Gewichtskraft
    313
    Normalenvektor
    315
    Durchmesser
    317
    Höhe
    501
    ausgehärtete Linse
    503
    lichtemittierende Fläche
    505
    optoelektronisches Halbleiterbauteil
    507
    optoelektronische Leuchtvorrichtung
    601
    ausgehärtete Linse
    701
    ausgehärtete Linse
    703
    optoelektronische Leuchtvorrichtung
    801
    ausgehärtete Linse
    901
    optoelektronische Leuchtvorrichtung
    903
    optoelektronisches Halbleiterbauteil
    905
    lichtemittierende Fläche
    907
    Gewichtskraft
    909
    Linsenwerkstoff
    911
    Normalenvektor
    913
    Normalkraft
    915
    Tangentialkraft

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Linse (207, 501, 701, 909) für eine optoelektronische Leuchtvorrichtung (201, 301, 507, 703, 901), wobei die optoelektronische Leuchtvorrichtung (201, 301, 507, 703, 901) ein eine lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) aufweisendes optoelektronisches Halbleiterbauteil (203, 303, 505, 903) umfasst, umfassend die folgenden Schritte: – Aufbringen (101) eines aushärtbaren Linsenwerkstoffs (309) auf die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905), – Aushärten (105) des Linsenwerkstoffs (309), um eine Linse (207, 501, 701, 909) aus einem ausgehärteten Linsenwerkstoff (309) zu bilden, wobei – nach dem Aufbringen und vor oder während des Aushärtens die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) in eine Lage angeordnet (103) wird, in welcher ein in Richtung des aufgebrachten Linsenwerkstoffs (309) orientierter Normalenvektor (313, 911) der lichtemittierenden Fläche (205, 503, 905) und eine Normalkraft (913) einer auf die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) wirkenden Gewichtskraft (311, 907) parallel zueinander sind, – so dass der Linsenwerkstoff (309) zumindest teilweise in der Lage aushärtet (105).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gewichtskraft (311, 907) im Wesentlichen senkrecht zur lichtemittierenden Fläche (205, 503, 905) ist, so dass der Normalenvektor (313, 911) im Wesentlichen der Gewichtskraft (311, 907) entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei vor dem Aufbringen ein die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) zumindest teilweise umlaufender Damm (307) für den aufzubringenden Linsenwerkstoff (309) gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Damm (307) eine Höhe zwischen 400 µm und 600 µm bezogen auf die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) aufweist.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei vor dem Anordnen der lichtemittierenden Fläche (205, 503, 905) in die Lage der aufgebrachte Linsenwerkstoff (309) vorausgehärtet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Voraushärten und/oder das Aushärten ein Bestrahlen des aufgebrachten Linsenwerkstoffs (309) mit elektromagnetischer Strahlung und/oder ein Erwärmen des Linsenwerkstoffs (309) auf eine Temperatur von 140 °C bis 160 °C, insbesondere 150° C, für eine Zeit von 3400 s bis 3800 s, insbesondere 3600 s, umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen 10 mg und 20 mg aushärtbarer Linsenwerkstoff (309) auf die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) aufgebracht wird.
  8. Optoelektronische Leuchtvorrichtung (201, 301, 507, 703, 901), umfassend: – ein eine lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) aufweisendes optoelektronisches Halbleiterbauteil (203, 303, 505, 903), und – eine auf der lichtemittierenden Fläche (205, 503, 905) gebildete Linse (207, 501, 701, 909) aus einem zumindest teilweise in einer Lage ausgehärteten Linsenwerkstoff (309), in welcher ein in Richtung eines auf der lichtemittierenden Fläche (205, 503, 905) aufgebrachten Linsenwerkstoffs (309) orientierter Normalenvektor (313, 911) der lichtemittierenden Fläche (205, 503, 905) und eine Normalkraft (913) einer auf die lichtemittierende Fläche (205, 503, 905) wirkenden Gewichtskraft (311, 907) parallel zueinander sind.
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