DE102015206805A1

DE102015206805A1 - Leuchtmittel mit LEDs

Info

Publication number: DE102015206805A1
Application number: DE102015206805.6A
Authority: DE
Inventors: Krister Bergenek; Florian Bösl; Andreas Dobner; Tobias Schmidt; Andreas Kloss; Frank Vollkommer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2035-04-16
Also published as: US20180087724A1; DE102015206805B4; WO2016165871A1; CN107532783A; CN107532783B; US10422485B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel (1) mit LEDs (23) auf einem Substrat (2), einem Hüllkolben (23), in welchem das Substrat (2) mit den LEDs (23) angeordnet ist, und einem Sockel (4), wobei mindestens zwei Teilflächen (2a) des Substrats (2) gegenüber dem übrigen Substrat (2b) jeweils um einen Brückenbereich (25), über welchen die jeweilige Teilfläche (2a) mit dem übrigen Substrat (2b) verbunden ist, herausgeklappt und so schräg zu dem für sich flächigen übrigen Substrat (2b) angestellt sind, wobei je Seitenfläche des übrigen Substrats (2b), welche Seitenflächen einander in Bezug auf eine Dickenrichtung des übrigen Substrats (2b) entgegengesetzt liegen, jeweils mindestens eine Teilfläche (2a) herausgeklappt ist, und wobei auf jeder der Teilflächen (2a) mindestens eine der LEDs (23) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit auf einem Substrat montierten LEDs, wobei das Substrat mit den LEDs in einem Hüllkolben angeordnet ist.
Stand der Technik
Ein konventionelles Leuchtmittel wie bspw. eine Glühlampe emittiert das Licht mit einer näherungsweise omnidirektionalen Lichtverteilung, es wird also vereinfacht gesprochen in alle Richtungen gleich viel Licht abgegeben (von bspw. einer Abschattung durch den Sockel der Glühlampe abgesehen). Demgegenüber emittiert eine LED für sich das Licht gerichtet, nämlich in der Regel mit einer Lambertschen Lichtverteilung. Die Licht- bzw. Strahlstärke ist also bspw. entlang einer Flächennormalen auf eine Abstrahlfläche der LED maximal und nimmt mit zunehmendem Winkel gegenüber der Flächennormalen ab, in den Rückraum fällt kein Licht.
Um trotz dieser je LED gerichteten Lichtemission eine im Ergebnis homogene Lichtverteilung zu erzeugen, sind aus dem Stand der Technik bspw. Leuchtmittel bekannt, bei denen das von einer LED emittierte Licht mit einer Linse umverteilt wird, bspw. durch eine Kombination aus Lichtbrechung und -reflexion (üblicherweise Totalreflexion). Auf diese Weise lässt sich aus der Lambertschen Lichtverteilung der LED bspw. eine Lichtverteilung erzeugen, bei welcher das Licht in Annäherung an die Glühlampe ein Lichtvolumen ausfüllt, das größer als ein Halbraum ist. Es wird mit der Linse also Licht in den Rückraum umverteilt.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaftes Leuchtmittel sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Leuchtmittel mit einer Mehrzahl LEDs zur Emission von Licht, einem Substrat, einer Leiterbahnstruktur an dem Substrat, auf welchem Substrat die LEDs montiert und dabei elektrisch leitend mit der Leiterbahnstruktur verbunden sind, einem für das von den LEDs emittierte Licht transmissiven Hüllkolben, in welchem das Substrat mit den LEDs angeordnet ist, und einem Sockel, mit welchem die LEDs über die Leiterbahnstruktur elektrisch betreibbar verbunden sind, wobei mindestens zwei Teilflächen des Substrats gegenüber dem übrigen Substrat jeweils um einen Brückenbereich, über welchen die jeweilige Teilfläche mit dem übrigen Substrat verbunden ist, herausgeklappt und so schräg zu dem für sich flächigen übrigen Substrat angestellt sind, wobei je Seitenfläche des übrigen Substrats, welche Seitenflächen einander in Bezug auf eine Dickenrichtung des übrigen Substrats entgegengesetzt liegen, jeweils mindestens eine Teilfläche herausgeklappt ist, und wobei auf jeder der Teilflächen mindestens eine der LEDs angeordnet ist;
sowie einem Verfahren mit den Schritten:

– Vorsehen des Substrats;
– Herausklappen der Teilflächen aus dem übrigen Substrat.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und in der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.
Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, ein im Prinzip flächiges und damit dünnes Substrat vorzusehen, durch das Ausklappen der Teilflächen aber gleichwohl eine von der Fläche losgelöste Richtungsanpassbarkeit der Lichtabgabe zu erreichen. Die Lichtabgabe in unterschiedliche Richtungen wird dabei durch die Anordnung der LEDs auf den schräg angestellten Teilflächen erreicht, sodass also die verschiedenen LEDs bereits originär aufgrund ihrer Relativanordnung zueinander das Licht in unterschiedliche Richtungen abgeben. Die Lichtabgabe in unterschiedliche Richtungen ist gewissermaßen bereits in das Substrat integriert; etwa im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik (Leuchtmittel mit Linse) kann so bspw. die Anzahl der in das Leuchtmittel zu verbauenden Einzelteile reduziert sein (ein Substrat als Träger der LEDs ist ja auch im Stand der Technik erforderlich). Dies kann insbesondere in einer Massenfertigung den Aufwand beim Zusammensetzen des Leuchtmittels verringern und damit bspw. auch mögliche Fehlerquellen und so den Ausschuss reduzieren helfen, zumal auch die Lagerhaltung vereinfacht sein kann.
Gegenüber einem von den Erfindern alternativ angedachten Ansatz, nämlich dem Vorsehen eines bereits für sich dreidimensionalen Trägers, bspw. eines Quaders, bei welchem dann z. B. auf fünf der sechs Seitenflächen LEDs montiert würden, kann der vorliegende Ansatz bspw. die Bestückung Vorteile bieten. Wie nachstehend im Detail erläutert, können die LEDs auf dem Substrat (bzw. Lagen davon) als einem flächigen Körper montiert werden, wenn nämlich die Teilflächen dann bevorzugt erst im Anschluss an die Bestückung herausgeklappt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Herausklappen der Teilbereiche lässt sich vorteilhafterweise auch verhältnismäßig einfach von Produktserie zu Produktserie die Lichtverteilung anpassen, eben über den Herausklappwinkel. Dies ist jedenfalls innerhalb gewisser Grenzen auch bei im Übrigen unverändertem Leuchtmittel möglich, kann also mit moderatem Aufwand implementiert werden. Die Flexibilität ist erhöht.
Indem je Seitenfläche des übrigen Substrats mindestens eine Teilfläche herausgeklappt wird, lassen sich bspw. bereits vier Quadranten jeweils schwerpunktmäßig versorgen. Im Allgemeinen können nämlich auch auf den Seitenflächen des übrigen Substrats LEDs angeordnet sein und bereits zwei einander entgegengesetzte Richtungen versorgen, die dann um die mit den LEDs der Teilflächen versorgten Richtungen ergänzt werden. Vorzugsweise sind je Seitenfläche jedoch eine Mehrzahl Teilflächen herausgeklappt, also mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei, besonders bevorzugt vier, jeweils mit mindestens einer LED bestückte Teilflächen. Bevorzugte Obergrenzen können bspw. bei höchstens acht Teilflächen, vorzugsweise höchstens sechs und besonders bevorzugt höchstens fünf Teilflächen liegen (jeweils mit mindestens einer LED bestückt).
Das „übrige Substrat“ ist das Substrat von sämtlichen herausgeklappten Teilflächen abgesehen, es gehört also keine Teilfläche dazu. Diese Trennung ist allerdings nur begrifflicher Natur, weil jede Teilfläche über den jeweiligen Brückenbereich mit dem übrigen Substrat verbunden ist. Das übrige Substrat ist „flächig“, hat also in jeder seiner Flächenrichtungen eine erheblich größere, bspw. um mindestens das 10-, 15- bzw. 20-fache (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt), Erstreckung als in der dazu senkrechten Dickenrichtung; bei einer über das Substrat variierenden Dicke wird ein darüber gebildeter Mittelwert betrachtet, bevorzugt ist die Dicke konstant. Die „Seitenflächen“ liegen einander in Bezug auf die Dickenrichtung entgegengesetzt, erstrecken sich dann also jeweils in den Flächenrichtungen.
Die auf dem Substrat „montierten“ LEDs sind vorzugsweise aufgelötet, wobei zumindest einige der Lötverbindungen zugleich den elektrischen Kontakt zwischen Leiterbahnstruktur und LED herstellen und der mechanischen Befestigung der LED dienen (zusätzlich können aber auch allein der mechanischen Befestigung / thermischen Anbindung dienende Lötverbindungen vorgesehen sein). Bevorzugt sind als LEDs sogenannte SMD-Bauteile (Surface Mounted Device), die in einem Reflow-Prozess aufgelötet werden. Über den Sockel kann das Leuchtmittel (von außen in der Anwendung) elektrisch angeschlossen werden.
Die LEDs sind mit dem Sockel, also dessen zur Kontaktierung von außen dienenden Anschlussstellen, „elektrisch betreibbar“ verbunden, es ist vorzugsweise eine Treiberelektronik zwischengeschaltet (zwischen den Anschlussstellen des Sockels und den LEDs). Bevorzugt ist das Leuchtmittel für einen Betrieb an Netzspannung (mindestens 100 Volt) eingerichtet, kann also an die Sockel-Anschlussstellen Netzspannung angelegt werden und wird diese bevorzugt mit einer Treiberelektronik des Leuchtmittels für den Betrieb der LEDs angepasst.
Das Leuchtmittel ist vorzugsweise als Glühlampen-Ersatz ausgelegt; der Sockel ist bevorzugt ein Edison-Sockel, besonders bevorzugt mit der Gewindekennung E27. Im Allgemeinen kann der Hüllkolben auch klar (durchsichtig) sein, vorzugsweise ist er jedoch mattiert, ist also bspw. (wenn das Leuchtmittel kein Licht emittiert) die Leiterplatte von außen durch den Hüllkolben allenfalls schemenhaft zu erkennen, vorzugsweise gar nicht. Die Mattierung kann bspw. über in das Hüllkolbenmaterial eingebettete Streuzentren, insbesondere Streupartikel, und/oder über an der Hüllkolbenoberfläche angeordnete Streuzentren erreicht werden, bspw. eine Oberflächenanrauung und/oder Oberflächenbeschichtung. Bevorzugt ist eine innenseitige Beschichtung, also eine Beschichtung der den LEDs zugewandten Innenwandfläche, was in der Anwendung bspw. vor Kratzern schützen kann.
Das Substrat mit den LEDs ist derart in dem Hüllkolben angeordnet, dass ein Großteil des von den LEDs emittierten Lichts den Hüllkolben durchsetzt, also von innen nach außen tritt und in einer Anwendung nutzbar ist. „Großteil“ kann insoweit bspw. mindestens 70 %, vorzugsweise mindestens 80 %, weiter bevorzugt mindestens 90 %, meinen; eine mögliche Obergrenze kann bspw. bei höchstens 99,9 % liegen. Das von den LEDs emittierte Licht kann direkt und/oder nach vorheriger Reflexion auf die Hüllkolbeninnenwand fallen und diesen dann nach außen durchsetzen.
Wieder zu dem Substrat und den Teilflächen: Letztere sind gegenüber dem übrigen Substrat um den jeweiligen Brückenbereich herausgeklappt, also um diesen als eine Art Scharnier. Die mit dem Herausbiegen geschaffene dreidimensionale Anordnung bleibt aufgrund einer plastischen Verformung des Substrat selbst und/oder eines damit verbundenen Teils (vorzugsweise der Leiterbahnstruktur, siehe unten) bestehen. Bevorzugt sind die Teilflächen jeweils um eine Falzlinie aus dem übrigen Substrat herausgeklappt, markiert also jeweils eine Falzlinie den Übergang zwischen Teilfläche und übrigem Substrat (bevorzugt liegt die Falzlinie in einer nachstehend erläuterten Substratlage).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind je Seitenfläche mindestens zwei Teilflächen herausgeklappt, wobei die Teilflächen jeweils um mindestens 25°, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 30°, 35°, 40° bzw. 42,5° gegenüber dem übrigen Substrat herausgeklappt sind. Vorteilhafte Obergrenzen liegen bei in dieser Reihenfolge zunehmend höchstens 65°, 60°, 55°, 50° bzw. 47,5°, wobei Ober- und Untergrenze im Allgemeinen auch unabhängig voneinander offenbart sein sollen. Soweit hier und im Folgenden auf Teilflächen bzw. -bereiche Bezug genommen wird, ist darauf jeweils immer mindestens eine LED angeordnet, wobei bspw. höchstens 5, 4, 3 bzw. 2 LEDs vorteilhafte (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugte) Obergrenzen sein können; besonders bevorzugt ist genau eine LED je Teilfläche /-bereich.
Infolge des Herausklappens um einen entsprechenden Winkel ist je Teilfläche eine Hauptausbreitungsrichtung des von der jeweiligen Teilfläche, also der/den LED(s) darauf, emittierten Lichts gegenüber der Dickenrichtung des übrigen Substrats um in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt mindestens 25°, 30°, 35°, 40° bzw. 42,5° verkippt; mögliche Obergrenzen liegen (davon unabhängig) bspw. bei in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 65°, 60°, 55°, 50° bzw. 47,5°. Die „Hauptausbreitungsrichtung wird dabei jeweils als Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren gebildet, entlang welcher Licht von der/den LED(s) der jeweiligen Teilfläche emittiert wird, wobei bei dieser Mittelwertsbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Lichtstärke gewichtet wird (jede Richtung, in die eine Lichtquelle strahlt, kann als Vektor beschrieben werden, dem eine Lichtstärke zugeordnet werden kann).
Die Dickenrichtung des übrigen Substrats wird hierbei je Teilfläche zunächst unmittelbar beim Brückenbereich der jeweiligen Teilfläche im übrigen Substrat genommen. Generell ist das übrige Substrat für sich bevorzugt plan, ändert sich die Dickenrichtung also über das übrige Substrat nicht. Die Seitenflächen des für sich planen übrigen Substrats liegen dann jeweils in einer Ebene, welche Ebenen um die Dicke des übrigen Substrats zueinander beabstandet sind.
Die vorstehend für das herausgeklappt Sein der Teilflächen als bevorzugt angegebenen Winkel entsprechen im Falle des für sich planen übrigen Substrats dem Schnittwinkel zwischen einer der beiden, jeweils eine Seitenfläche beinhaltenden Ebenen und einer Ebene, welche die jeweilig betrachtete Teilfläche beinhaltet, jedenfalls dem LED-bestückten Teil davon; vorzugsweise sind auch die Teilflächen für sich jeweils plan.
Wenngleich im Allgemeinen zusätzlich zu den auf den Teilflächen angeordneten LEDs auch noch weitere LEDs auf dem Substrat vorgesehen sein können, sind bevorzugt sämtliche LEDs des Leuchtmittels auf herausgeklappten Teilflächen angeordnet. Generell können die Teilflächen bspw. einen Flächeninhalt von mindestens 10 mm², 30 mm² bzw. 50 mm² und (davon unabhängig) von etwa nicht mehr als 1.000 mm², 500 mm² bzw. 150 mm² haben (jeweils in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind je Seitenfläche mindestens zwei Teilflächen herausgeklappt, und zwar jeweils um mindestens 70°, vorzugsweise mindestens 80°, besonders bevorzugt mindestens 85°, und (davon unabhängig) um höchstens 110°, vorzugsweise höchstens 100°, besonders bevorzugt höchstens 95°. Eine Hauptausbreitungsrichtung des von der jeweiligen Teilfläche, also der/den LED(s) darauf, emittierten Lichts kann gegenüber der Dickenrichtung des übrigen Substrats bspw. um mindestens 70°, 80° bzw. 85° und (davon unabhängig) um höchstens 110°, 100° bzw. 95°, verkippt sein (jeweils in der Reihendfolge der Nennung zunehmend bevorzugt).
Es kann bevorzugt sein, dass die Hauptausbreitungsrichtung der LED(s) einer ersten der entsprechend (um im Wesentlichen 90°) herausgeklappten Teilflächen im Wesentlichen parallel zu einer Hüllkolben-Längsrichtung ist, welche sich parallel zu einer Hüllkolben-Längsachse erstreckt und vom Sockel in Richtung Hüllkolben weist. Die Hüllkolben-Längsachse kann eine Achse sein, zu welcher der Hüllkolben drehsymmetrisch, vorzugsweise rotationssymmetrisch ist. „Im Wesentlichen parallel“ meint bspw. um nicht mehr als 10°, vorzugsweise nicht mehr als 5°, dazu verkippt, besonders bevorzugt ist ein Winkel von 0°.
Je Seitenfläche können dann bspw. eine zweite und dritte Teilfläche derart angeordnet sein, dass die jeweilige Hauptausbreitungsrichtung der jeweils darauf angeordneten LED(s) mit der Hüllkolben-Längsrichtung einen Winkel von mindestens 80°, vorzugsweise mindestens 85°, und (davon unabhängig) von nicht mehr als 100°, vorzugsweise nicht mehr als 95°, einschließt. Die Hauptausbreitungsrichtungen der LEDs der zweiten und dritten Teilfläche sind bevorzugt zueinander genau entgegengesetzt.
In bevorzugter Ausgestaltung sind je Seitenfläche des übrigen Substrats mindestens vier Teilflächen herausgeklappt, und sind die Teilflächen je Seitenfläche drehsymmetrisch zueinander, können sie also durch eine Drehung ineinander übergeführt werden. Auf dem bevorzugt für sich planen übrigen Substrat steht die Drehachse senkrecht. Bevorzugt sind je Seitenfläche genau vier Teilflächen herausgeklappt und ist die Drehsymmetrie vierzählig, also der kleinste Drehwinkel gleich 90°.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat aus mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei, jeweils für sich flächigen, zu einem Mehrlagensubstrat zusammengesetzten Substratlagen aufgebaut. Die Teilflächen sind dann aus den Substratlagen herausgeklappte Teilbereiche, in denen also die jeweilige Substratlage gegenüber der übrigen Substratlage herausgeklappt ist. Sofern von „Teilbereich(en)“ und „übriger Substratlage“ die Rede ist, bezieht sich dies dann jeweils auf dieselbe Substratlage, meint „übrige“ also nicht die andere Substratlage, sondern die jeweilig betrachtete Substratlage ohne Teilbereiche.
Je Substratlage sind Teilfläche(n) Brückenbereich(e) und übrige Substratlage aus demselben, durchgehenden Material gefasst. Die Substratlagen sind jeweils für sich monolithisch, also von ggf. darin statistisch verteilten Einschlüssen, etwa Reflexionspartikeln, abgesehen in ihrem Inneren frei von Materialgrenzen zwischen unterschiedlichen Materialien bzw. Materialien unterschiedlicher Herstellungsgeschichte. Bevorzugt sind die Substratlagen jeweils aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen, vorzugsweise aus einem Polyester-Material, besonders bevorzugt aus Polyethylenterephthalat (PET).
Die „für sich flächigen“ Substratlagen haben in jeder ihrer Flächenrichtungen eine deutlich größere Erstreckung als in der dazu senkrechten Dickenrichtung, etwa um mindestens das 20-, 30- bzw. 40-fache. Die Substratlagen erstrecken sich in dem Mehrlagensubstrat, soweit jeweils die Teilbereiche außer Betracht bleiben, bevorzugt parallel zueinander. Die Substratlagen sind so angeordnet, dass sich ihre Dicken (im übrigen Substrat) aufaddieren. In einem „Teilbereich“ ist die jeweilige Substratlage bezogen auf ihre Dickenerstreckung im Gesamten herausgeklappt.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die Substratlagen über eine stoffschlüssige Fügeverbindungsschicht miteinander verbunden, besonders bevorzugt eine Klebstoffschicht. Es kann bspw. auf eine der Substratlagen ein Klebstofffilm aufgebracht und können die Substratlagen dann direkt miteinander verklebt werden; bevorzugt ist zwischen den Substratlagen jedoch noch ein Träger / Reflektor angeordnet (siehe unten) und sind die Substratlagen jeweils mit diesem entsprechend stoffschlüssig verbunden, also jeweils mit einer der einander entgegengesetzten Seitenflächen davon.
Die zusammengesetzten Substratlagen müssen generell nicht zwingend zuvor gesonderte Teile sein, es kann bspw. auch ein Substratblatt gefalzt und um die Falzlinie auf sich selbst zurückgelegt, insbesondere zurückgefaltet, werden. Bevorzugt sind die Substratlagen jedoch zuvor für sich gesonderte Teile.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist je Substratlage der mindestens eine Teilbereich zu einer Außenseitenfläche dieser Substratlage herausgeklappt. „Außenseitenfläche“ meint hier jeweils jene der beiden einander in Bezug auf die Dickenrichtung entgegengesetzten Seitenflächen der jeweiligen Substratlage, welche zugleich eine Seitenfläche des Substrats ist, also eben außen und nicht im Inneren des zusammengesetzten Mehrlagensubstrats liegt. Ein Teilbereich ist „zu einer“ jeweiligen Außenseitenfläche herausgeklappt, wenn er in jenen Halbraum, dem die entsprechende Außenseitenfläche zugewandt ist, hineingeklappt ist.
Die bevorzugt genau zwei Substratlagen liegen dann jeweils vollständig in einem Halbraum, wobei diese Halbräume in einer das Substrat senkrecht zur Dickenrichtung des übrigen Substrats durchsetzenden (in Bezug auf diese Dickenrichtung mittig im übrigen Substrat liegenden) Ebene aneinander grenzen. Bildlich gesprochen sind die Substratlagen durch das Herausklappen der Teilbereiche also nicht verschränkt. Im Allgemeinen wäre indes bspw. auch denkbar, dass die Substratlagen nicht vollständig deckungsgleich angeordnet sind und bspw. jeweils ein überstehender Rand-/Eckenbereich in den Halbraum der anderen Substratlage hineingeklappt ist. Vorzugsweise erstrecken sich die Substratlagen deckungsgleich, fallen also die Außenränder der Substratlagen entlang der Dickenrichtung des übrigen Substrats daraufblickend zusammen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist je Substratlage der mindestens eine Teilbereich von der übrigen Substratlage mit einer Trennfuge teilweise, also bis auf den Brückenbereich, abgetrennt; die Trennfugen durchsetzen die jeweilige Substratlage in Dickenrichtung vollständig. In ihrer Längenerstreckung beschreiben die Trennfugen jeweils offene (nicht geschlossene) Kurven, bevorzugt sind sie jeweils U-förmig. Dabei liegen die Trennfugen jeweils vollständig innerhalb der jeweiligen Substratlage, reichen sie also nicht zu dem Außenrand der jeweiligen Substratlage (sondern sind dazu eben in Bezug auf deren Flächenrichtungen beabstandet). In anderen Worten erstrecken sich die Trennfugen bezogen auf die Flächenrichtungen jeweils zwischen zwei Endpunkten und liegen jeweils beide Endpunkte innerhalb der jeweiligen Substratlage. Je Substratlage kann so bspw. ein Randbereich von Teilflächen frei bleiben, was die mechanische Stabilität des Mehrlagensubstrats bzw. der Substratlagen vor dem Zusammensetzen erhöhen kann. Generell liegt der Außenrand einer Substratlage in Bezug auf deren Flächenrichtungen außen.
Für diese Teilbereiche sind selbstverständlich auch die vorstehend zu den Teilflächen getroffenen Angaben bevorzugt, etwa die Anzahl bzw. auch Anordnung betreffend. Bevorzugt werden sämtliche Teilflächen bzw. -bereiche je Seitenfläche des übrigen Substrats von derselben Substratlage gebildet.
Vorzugsweise macht jeweils die übrige Substratlage an der jeweiligen Substratlage einen Flächenanteil von mindestens 30 % aus, wobei mindestens 40 %, 50 %, 60 % bzw. 70 % weitere, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugte Untergrenzen sind. Andererseits soll sich der Flächenanteil der übrigen Substratlage auf bspw. nicht mehr als 90 % belaufen. Auch unabhängig von dem Flächenanteil im Einzelnen ist je Substratlage die übrige Substratlage vorzugsweise für sich plan (liegen ihre Seitenflächen also jeweils in einer von zwei zueinander parallelen Ebenen).
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Substrat einen bevorzugt flächigen Träger auf, vorzugsweise aus Metall, der zwischen den Substratlagen angeordnet ist (in Bezug auf die Dickenrichtung des übrigen Substrats); der Träger ist Teil des Mehrlagensubstrats. Der Träger hat eine höhere Biegesteifigkeit als jede der Substratlagen jeweils für sich, bspw. um mindestens das 2-, 4-, 6-, 8- bzw. 10-fache höher. Im Prinzip kann auch ein starrer Träger vorgesehen sein, gleichwohl können Obergrenzen bspw. bei höchstens dem 1.000- bzw. 500-fachen der Biegesteifigkeit der Substratlagen jeweils für sich liegen. Bevorzugt ist der Träger aus Metall vorgesehen, besonders bevorzugt aus Aluminium, was zusätzlich zur mechanischen Stabilisierung auch die Wärmeabfuhr von den LEDs verbessern helfen kann. Im Allgemeinen ließe sich die mechanische Stabilisierung jedoch bspw. auch mit einem Kunststoffträger entsprechender Steifigkeit erreichen.
Wenngleich im Allgemeinen bspw. auch ein Gitter als Träger denkbar ist, ist ein in Bezug auf seine Flächenrichtungen durchgehend (unterbrechungsfrei) ausgebildeter flächiger Träger bevorzugt, etwa eine Platte. Dessen senkrecht zu den Flächenrichtungen im Allgemeinen als Mittelwert genommene, vorzugsweise konstante, Dicke kann bspw. mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm, weiter bevorzugt mindestens 1,5 mm, besonders bevorzugt mindestens 2 mm, betragen, wobei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 5 mm, 4 mm bzw. 3 mm liegen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Der Träger ist bevorzugt „flächig“, hat also in jeder seiner Flächenrichtungen eine erheblich größere, bspw. um mindestens das 15-, 20- bzw. 25-fache (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt), Erstreckung als in der dazu senkrechten Dickenrichtung (bei variierender Dicke wird ein Mittelwert betrachtet). Der Träger soll sich bspw. über mindestens 60 %, 70 %, 80 % bzw. 90 % der Fläche des übrigen Substrats erstrecken. Der Träger ist bevorzugt ein im Gesamten planes Teil.
Die Substratlagen und der Träger sind einstückig miteinander, also nicht zerstörungsfrei (ohne Zerstörung von einem davon oder einer Schicht dazwischen) voneinander trennbar. Bevorzugt sind der Träger und die Substratlagen als zuvor gesonderte Teile aneinandergesetzt, wobei bevorzugt jede der Substratlagen mit einer stoffschlüssigen Fügeverbindung mit dem Träger verbunden ist, vorzugsweise einer Klebstoffverbindung, besonders bevorzugt einem großflächigen Klebstofffilm. Bei einem bevorzugten Mehrlagensubstrat ist dann also die Schichtfolge: Substratlage, Klebstofffilm, Träger, Klebstofffilm, Substratlage. Das Zusammensetzen der Substratlagen mit dem Träger kann bspw. auch in einem Band- bzw. Rollenprozess (reel to reel) erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen den Substratlagen ein flächiger Reflektor vorgesehen, hinsichtlich dessen Anordnung „zwischen“ den Substratlagen, der „Flächigkeit“, der „Einstückigkeit“ mit den Substratlagen und der Erstreckung relativ zum übrigen Substrat ausdrücklich auf die vorstehenden Angaben zum Träger verwiesen wird, die auch den Reflektor betreffend offenbart sein sollen. Über den Reflektor kann indirektes Licht abgegeben werden, es wird also das Licht von den LEDs nicht gleich direkt in die gewünschte Richtung emittiert, sondern zunächst auf den Reflektor, vgl. 2b zur Illustration. Mit den herausgeklappten Teilbereichen können die LED-Hauptausbreitungsrichtungen dann bspw. jeweils so orientiert sein, dass eine Richtungskomponente (die parallel zur Dickenrichtung des übrigen Substrats liegt) zu dem übrigen Substrat hinweist. Nach der Reflexion hat die Hauptausbreitungsrichtung des Lichts dann eine davon weg weisende Richtungskomponente.
Bevorzugt ist eine spekular-diffuse Reflexion, erfolgt also einerseits eine gewisse Streuung, was bspw. den Blick von außen auf den bevorzugt matten Hüllkolben ansprechender machen kann, weil sich die LEDs zumindest weniger deutlich als einzelne Lichtpunkte abzeichnen. Andererseits soll die Reflexion auch nicht perfekt diffus sein, sodass die Hauptausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts also nicht parallel zur Dickenrichtung des übrigen Substrats liegt. So bleibt eine jeweils durch die schräge Anstellung der Teilbereiche erreichte Richtungskomponente parallel zu den Flächenrichtungen des übrigen Substrats anteilig erhalten, etwa zu mindestens 30 % und (davon unabhängig) zu nicht mehr als 80 %.
Im Falle der bevorzugt mit jeweils einer Trennfuge von der übrigen Substratlage teilweise abgetrennten Teilbereiche sind die übrigen Substratlagen jeweils dort, wo die Teilbereiche herausgeklappt sind, unterbrochen. Der Reflektor erstreckt sich dann seinerseits bevorzugt unterbrechungsfrei über diese Unterbrechungen hinweg. Je LED fällt so zumindest ein Teil des Lichts durch die jeweilige, durch das Herausklappen des entsprechenden Teilbereichs bedingte Unterbrechung in der Substratlage auf den Reflektor, um dann als indirektes Licht abgegeben zu werden.
Bei der Ausführungsform mit Reflektor ist generell bevorzugt, dass je LED mindestens 25 %, vorzugsweise mindestens 40 %, des jeweilig emittierten Lichts auf den Reflektor fallen. Der Reflektor hat bspw. einen Reflexionsgrad von mindestens 80 %, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 85 %, 90 %, 95 %, 97 % bzw. 98 %; ein möglichst hoher Reflexionsgrad kann bevorzugt sein, technisch bedingt kann eine Obergrenze bspw. bei 99,9 % liegen. Der Reflexionsgrad wird hier jeweils über den sichtbaren Bereich des Spektrums (380 nm bis 780 nm) gemittelt betrachtet. Im Allgemeinen kann der Reflektor auch als Mehrschichtsystem mit bspw. zwei Reflexionsschichten aufgebaut sein, bevorzugt ist er jedoch ein monolithisches Teil, vgl. Definition dazu vorne.
In bevorzugter Ausgestaltung sind der Träger und der Reflektor dasselbe Teil, das also zugleich die mechanische Stabilität erhöht und einer indirekten Lichtführung dient. Es müssen dann bspw. weniger Einzelteile zusammengesetzt werden.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform, bei welcher das Licht nicht indirekt über einen Reflektor geführt wird, sind die LEDs jeweils auf einer Außenseitenfläche der jeweiligen Substratlage montiert. Je Substratlage ist die Außenseitenfläche jeweils die Seitenfläche der Substratlage, welche (Seitenfläche) zugleich Seitenfläche des Mehrlagensubstrats ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Substratlagen jeweils eine Dicke von mindestens 150 µm, vorzugsweise mindestens 200 µm, besonders bevorzugt mindestens 250 µm. Vorteilhafte Obergrenzen können bspw. bei höchstens 500 µm, vorzugsweise höchstens 450 µm, weiter bevorzugt höchstens 400 µm, besonders bevorzugt höchstens 350 µm, liegen, wobei die Ober- und Untergrenzen ausdrücklich auch unabhängig voneinander von Interesse sein können. Etwa im Falle des bevorzugten Kunststoffmaterials, bspw. dem PET, haben die Erfinder im genannten Bereich einerseits eine gute Grundstabilität des Substrats festgestellt, lassen sich jedoch andererseits die Teilbereiche auch gut herausklappen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die auch unabhängig von einer Konkretisierung der Substratlagendicke von Interesse sein kann, haben die Leiterbahnen der Leiterbahnstruktur eine Dicke von mindestens 20 µm, vorzugsweise mindestens 25 µm, weiter bevorzugt mindestens 30 µm, besonders bevorzugt mindestens 35 µm. Vorteilhafte Obergrenzen können bspw. bei höchstens 100 µm, vorzugsweise höchstens 90 µm, weiter bevorzugt höchstens 80 µm, besonders bevorzugt höchstens 70 µm, liegen, wobei Ober- und Untergrenze wiederum auch unabhängig voneinander von Interesse sein können. Bevorzugt sind auf jeder Substratlage Leiterbahnen entsprechender Dicke als Teil der Leiterbahnstruktur vorgesehen.
Die Dicke der Substratlagen / der Leiterbahnen wird entlang der Dickenrichtung(en) der Substratlagen genommen, wobei im Falle einer über die Substratlage ungleichmäßigen Dicke ein darüber gebildeter Mittelwert betrachtet wird. Bevorzugt ist jeweils eine konstante Dicke.
Für die Leiterbahnstruktur ist ein Kupfermaterial bevorzugt. Das Kupfer kann bspw. auflaminiert werden bzw. sein, sodass bspw. eine Kupferfolie über eine Klebstoffschicht stoffschlüssig mit dem Substrat verbunden ist. Bevorzugt ist ein stromlos in einem Bad auf das Substrat abgeschiedenes Kupfer. Dabei kann bspw. in einem ersten Schritt zunächst ein Teil der Schicht (seed layer) abgeschieden und strukturiert oder auch gleich auf eine Maske abgeschieden werden und wird dann in einem zweiten Abscheidungsschritt die seed layer zur Leiterbahnstruktur verstärkt. Es ist aber auch eine einschrittige Abscheidung möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lichtverteilung des Leuchtmittels derart homogenisiert, dass die bei einem Umlauf um die Hüllkolben-Längsachse (unter einem Höhenwinkel von 90°, also senkrecht zur Hüllkolben-Längsrichtung) gemessene Lichtstärke allenfalls eine geringe Schwankung zeigt. Es soll also jeder auf diesem Umlauf genommene Lichtstärkewert mindestens 30 %, vorzugsweise mindestens 25 %, eines auf dem Umlauf genommenen Maximalwerts der Lichtstärke ausmachen. Bevorzugt zeigt die Lichtstärke auch unter anderen (je Umlauf aber immer konstanten) Höhenwinkeln eine entsprechend geringe Schwankung.
Bevorzugt wird in allen Richtungen, die mit der Hüllkolben-Längsrichtung (siehe vorne) einen Winkel zwischen 0° und einem Grenzwinkel einschließen, noch eine von Null verschiedene Lichtstärke gemessen, welche vorzugsweise mindestens 10 %, weiter bevorzugt mindestens 20 % bzw. 30 % einer maximalen Lichtstärke ausmacht. Der Grenzwinkel ist zunehmend bevorzugt größer als 90°, 100°, 110°, 120°, 130°, 140°, 150° bzw. 160°; bei Winkeln größer 170° kann die Lichtstärke gleich Null sein.
Im Folgenden wird die Gesamtheit aus Substrat und Leiterbahnstruktur, also insbesondere die Gesamtheit aus Mehrlagensubstrat und Leiterbahnstruktur, der Einfachheit halber als „Leiterplatte“ bezeichnet. Eine erste der LEDs ist auf der einen Seitenfläche davon und eine zweite der LEDs auf der entgegengesetzten Seitenfläche angeordnet, bevorzugt ist gemeinsam mit der ersten LED eine dritte der LEDs auf derselben Seitenfläche und gemeinsam mit der zweiten der LEDs eine vierte der LEDs auf derselben Seitenfläche angeordnet. Die Angaben zur Weite/Länge beziehen sich auf ein im Gesamten planes Mehrlagensubstrat.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Kühlkörper in direktem thermischen Kontakt mit der Leiterplatte vorgesehen, der entweder selbst eine Außenfläche des Leuchtmittels bildet oder in direktem thermischen Kontakt mit einem Teil des Leuchtmittels vorgesehen ist, vorzugsweise einem zu dem Sockel gesonderten Gehäuseteil (siehe unten), welches eine Außenfläche des Leuchtmittels bildet. Der thermische Widerstand R_th des Kühlkörpers hängt bspw. von der thermischen Leitfähigkeit des Kühlkörpermaterials sowie von dessen Anbindung ab, soll jedoch höchstens 25 K/W betragen, wobei höchstens 20 K/W, 15 K/W, 10 K/W bzw. 5 K/W weitere, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugte Obergrenzen sind. Ein thermischer Kontaktwiderstand zwischen Leiterplatte und Kühlkörper soll bevorzugt eher klein sein, also bspw. nicht mehr als 50 %, 40 %, 30 %, 20 % bzw. 10 % des thermischen Widerstands R_th des Kühlkörpers ausmachen; gleiches gilt für einen etwaigen thermischen Kontaktwiderstand zu dem die Außenfläche des Leuchtmittels bildenden Teil (soweit diese nicht der Kühlkörper selbst bildet).
Als Kühlkörpermaterial ist ein Metall bevorzugt, etwa Aluminium, kann aber bspw. auch ein wärmeleitfähiger Kunststoff, also etwa ein Kunststoffmaterial mit zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit eingebetteten Partikeln, vorgesehen sein.
„In direktem thermischen Kontakt“ meint allenfalls mit einer stoffschlüssigen Verbindungsschicht dazwischen, etwa einer Lotschicht, vorzugsweise direkt aneinander anliegend. Bevorzugt liegt der Kühlkörper (nach außen hin, zur Wärmeabfuhr) an einem zwischen dem Sockel und dem Hüllkolben angeordneten Gehäuseteil an, wobei das Gehäuseteil und der Kühlkörper weiter bevorzugt mit einer Übermaßpassung (Presspassung) aneinander gehalten sind, also der Kühlkörper in das Gehäuseteil eingepresst ist. Ist ein Kühlkörper vorgesehen, kann der Hüllkolben aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen sein, was Kostenvorteile bieten kann. Der Hüllkolben muss auch bspw. kein abgeschlossenes Gasvolumen (mit thermisch leitfähigem Gas) zur Verfügung stellen, was den Aufwand reduzieren helfen kann.
Wenngleich also der Hüllkolben das Volumen mit der Leiterplatte für sich und auch gemeinsam mit dem Sockel und/oder einem Gehäuseteil nicht hermetisch verschließen muss, kann es jedenfalls soweit abgeschlossen sein, dass einem Eindringen von Staub vorgebeugt werden kann. Das thermische Konzept erlaubt also bspw. von Lüftungschlitzen und dergleichen abzusehen, die anderenfalls einen Verschmutzungseintrag ermöglichen könnten. Der Hüllkolben für sich ist bevorzugt frei von (Innen- und Außenvolumen verbindenden) Schlitzen.
In bevorzugter Ausgestaltung liegen die Leiterplatte und der Kühlkörper direkt aneinander an und haben sie eine Anlagefläche aneinander, deren Flächeninhalt mindestens so groß ist wie ein mit LEDs belegter Flächenanteil der beiden Seitenflächen der Leiterplatte. Es werden also die Grundflächen der auf der Leiterplatte angeordneten LEDs aufsummiert und soll die Anlagefläche zwischen Kühlkörper und Leiterplatte mindestens dieser aufsummierten Fläche entsprechen. Die Anlagefläche wird sich bevorzugt in mehrere zueinander beabstandete Teilflächen gliedern (die bspw. jeweils von einer Feder gebildet werden, siehe unten), wobei die Teilflächen dann weiter bevorzugt zu gleichen Anteilen auf die Seitenflächen der Leiterplatte aufgeteilt sind. Die „Grundfläche“ einer LED wird an einer senkrechten Projektion der LED in eine zur Dickenrichtung der Leiterplatte senkrechte Ebene genommen.
Die Anlagefläche, die Leiterplatte und Kühlkörper aneinander haben, soll bspw. in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 4 mm², 8 mm², 12 mm², 16 mm² bzw. 20 mm² ausmachen. Mögliche Obergrenzen liegen (von den Untergrenzen unabhängig) z. B. bei höchstens 80 mm² bzw. 60 mm²
In bevorzugter Ausgestaltung liegt der Kühlkörper an den einander entgegengesetzten Seitenflächen der Leiterplatte jeweils direkt mit einer Feder an, vorzugsweise jeweils mit mindestens zwei Federn, weiter bevorzugt jeweils genau zwei Federn. Die Leiterplatte ist zwischen den Federn, die jeweils eine Teilfläche der Anlagefläche bilden, kraftschlüssig gehalten; zum Bewegen der Leiterplatte entlang der Hüllkolben-Längsachse ist also ein gewisser Kraftaufwand erforderlich, die Leiterplatte kann bspw. zumindest gegen ein schwerkraftbedingtes Herausrutschen kraftschlüssig gehalten sein (bei zur Schwerkraftrichtung paralleler Hüllkolben-Längsachse).
Je Feder kann die jeweilige Teilfläche der Anlagefläche einen Flächeninhalt von bspw. in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 2 mm², 3 mm², 4 mm², 5 mm², 6 mm², 7 mm², 8 mm² bzw. 9 mm² haben. Mögliche Obergrenzen können (von den Untergrenzen unabhängig) bspw. bei höchstens 20 mm² bzw. 15 mm² liegen.
Je Feder ist bevorzugt, dass ein die Anlagefläche bildender Andrückbereich der Feder den LEDs näher als ein Verformungsbereich der Feder ist, dessen elastische Verformung jedenfalls den Großteil der Andrückkraft bedingt. Die Feder erstreckt sich also mit dem Andrückbereich zu den LEDs hin und somit in dem Leuchtmittel von dem Sockel weg. Die jeweilige Teilfläche (der Anlagefläche) kann so der LED möglichst nahe angeordnet werden, was die Wärmeabfuhr verbessern hilft. Generell kann bevorzugt sein, dass zumindest die erste und zweite LED (bevorzugt auch die dritte und vierte LED) von ihrer jeweilig zugeordneten Teilfläche der Anlagefläche einen kleinsten Abstand von nicht mehr als in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt 15 mm, 10 mm bzw. 5 mm haben. Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 0,5 mm bzw. 1 mm liegen.
Bei einer Feder mit sich zu den LEDs hin erstreckendem Andrückbereich kann (von dem Verformungsbereich zu dem Andrückbereich gehend) im Anschluss an den Andrückbereich auch noch ein sich von der Leiterplatte weg erhebender Reflexionsbereich vorgesehen sein, auf den ein Teil des von der jeweiligen LED emittierten Lichts fällt und mit einer Richtungskomponente entlang der Hüllkolben-Längsachse reflektiert wird. Der Anteil lässt des darauf fallenden und reflektierten Lichts kann bspw. bei mindestens 5 % bzw. 10 % liegen (und etwa bei nicht mehr als 30 % bzw. 20 %).
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Kühlkörper aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt, bevorzugt sind genau zwei Teile, wobei die Kühlkörperteile die Leiterplatte gemeinsam umschließen, und zwar in Bezug auf einen Umlauf um die Hüllkolben-Längsachse. „Zusammengesetzt“ meint bspw. allenfalls über einen Kraft-, Form- und/oder Stoffschluss miteinander verbunden. Vorzugsweise werden die Kühlkörperteile derart an der Leiterplatte zusammengesetzt, dass mit dem Zusammensetzen des Kühlkörpers dieser auch bereits seine Position an der Leiterplatte hat (also wie dann auch im Leuchtmittel an der Leiterplatte angeordnet ist). Vorzugsweise werden die Kühlkörperteile miteinander verrastet, sind sie dann also formschlüssig zusammengehalten. Bevorzugt wird der Kühlkörper nach dem Zusammensetzen in das Gehäuseteil (siehe vorne) eingesetzt, vorzugsweise eingepresst, hat also der Kühlkörper gegenüber dem Gehäuseteil Übermaß, um dann mit einer Übermaßpassung darin gehalten zu sein.
Anschließend wird der Hüllkolben an das Gehäuseteil gesetzt, und zwar vorzugsweise als für sich monolithisches Teil mit einer Bewegung entlang der Hüllkolben-Längsachse aufgesetzt. Vorzugsweise wird der Hüllkolben dabei ein Stück weit in das Gehäuseteil eingeschoben und verrastet damit.
Von dem Zusammensetzen der Kühlkörperteile um die Leiterplatte abgesehen kann eine solche Herstellung aber bspw. auch im Falle eines einstückigen / monolithischen Kühlkörpers bevorzugt sein. Auch ein solcher Kühlkörper kann dann bspw. per Übermaßpassung in dem Gehäuseteil gehalten sein. Insbesondere im Falle des monolithischen Kühlkörpers (im Allgemeinen aber auch im Falle eines zusammengesetzten Kühlkörpers) können die Leiterplatte und der Kühlkörper im Allgemeinen auch stoffschlüssig miteinander verbunden sein, etwa mit einer Löt- oder vorzugsweise Schweißverbindung.
In bevorzugter Ausgestaltung des aus Kühlkörperteilen zusammengesetzten Kühlkörpers sind dieser und die Leiterplatte formschlüssig miteinander verbunden, wobei der Formschluss eine zur Hüllkolben-Längsachse parallele Relativbewegung von Leiterplatte und Kühlkörper blockieren soll. Vorzugsweise ist dazu in der Leiterplatte eine sich zwischen deren einander entgegengesetzten Seitenflächen erstreckende Nut vorgesehen, und zwar bevorzugt an einer sich parallel zu der Hüllkolben-Längsachse erstreckenden Kantenfläche der Leiterplatte, in der Nut springt die Kantenfläche gegenüber der übrigen Kantenfläche zurück. Der zusammengesetzte Kühlkörper greift dann in die Nut und hält die Leiterplatte insoweit in Position.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform grenzen der Hüllkolben und das zwischen Sockel und Hüllkolben angeordnete Gehäuseteil in einer (um die Hüllkolben-Längsachse) umlaufenden Linie aneinander und schattet der Kühlkörper diese Grenzlinie zu den LEDs hin ab, was einen direkten Lichteintrag verhindert, dass also Licht reflexionsfrei von den LEDs auf die Linie fällt. Dies kann beim Betrachten des Leuchtmittels von außen als ästhetisch ansprechender empfunden werden. Selbstverständlich können der Hüllkolben und das Gehäuseteil umlaufend auch in einer Fläche aneinander grenzen; als „Grenzlinie“ wird der von außen auf das Leuchtmittel blickend, an der Leuchtmittel-Außenfläche sichtbare Übergang zwischen Gehäuseteil und Hüllkolben betrachtet.
Ein zwischen Sockel und Hüllkolben angeordnetes, mit den beiden zusammengesetztes (vgl. die vorstehende Offenbarung zu diesem Begriff) Gehäuseteil ist generell bevorzugt, wobei sich das Gehäuseteil bezogen auf eine entlang der Hüllkolben-Längsachse genommene Gesamtlänge des Leuchtmittels (von Sockelende zu entgegengesetztem Hüllkolbenende) über bspw. mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 20 %, dieser Gesamtlänge erstrecken kann; mögliche Obergrenzen liegen bspw. bei höchstens 40 % bzw. 30 %.
Das Leuchtmittel kann aber im Allgemeinen auch ohne ein solches Gehäuseteil gefasst sein, wobei dann Hüllkolben und Sockel direkt zusammengesetzt sind, also aneinander grenzen (wie bei einer konventionellen Glühlampe). Die Treiberelektronik kann dann bspw. in dem Sockel untergebracht sein. Um eine Glühlampenform mit sich zum Sockel hin verjüngenden Hüllkolben nachempfinden zu können, wird der Hüllkolben in diesem Fall bevorzugt aus zwei Halbschallen zusammengesetzt, die weiter bevorzugt in einer die Hüllkolben-Längsachse beinhaltenden Ebene aneinander grenzen.
Unabhängig von dieser Ausgestaltung (mit/ohne Gehäuseteil) und dem Hüllkolben im Einzelnen ist in bevorzugter Ausgestaltung die Treiberelektronik zur Versorgung der LEDs mit diesen auf derselben Leiterplatte angeordnet. Bevorzugt weist das Leuchtmittel nur eine einzige Leiterplatte auf, was schon an sich Kostenvorteile bietet und auch den Montageaufwand reduzieren helfen kann. Da das Leuchtmittel mit einem Kühlkörper versehen ist, ist zu Kühlzwecken bspw. keine Evakuierung und Befüllung des Hüllkolbens mit thermisch leitfähigem Gas erforderlich, sondern kann der Hüllkolben mit Luft gefüllt sein. In demselben Luftvolumen können nun gehäuste elektronische Bauteile (Treiberelektronik) angeordnet sein, was bei einem thermisch leitfähigen Gas nachteilig wäre, bspw. aufgrund des Ausgasens der Pressmasse.
Bei einer anderen bevorzugtem Ausführungsform ist ein Glas-Hüllkolben vorgesehen und begrenzt dieser ein abgeschlossenes Volumen. Dieses ist bevorzugt mit einem Füllgas gefüllt, das eine im Vergleich zu Luft (dem Gasgemisch der Erdatmosphäre auf Höhe des Meeresspiegels) höhere thermische Leitfähigkeit hat. Das Füllgas kann bspw. Helium aufweisen, und zwar zu einem größeren Anteil als Luft, etwa zu einem Anteil von in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 50 Vol.-%, 70 Vol.-%, 99 Vol.-%. Das Helium in dem Füllgas kann bspw. mit Luft und/oder Stickstoff und/oder Sauerstoff gemischt sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Leiterplatte mit den LEDs dann vollständig innerhalb des von dem Glas-Hüllkolben begrenzten Füllgasvolumens angeordnet, erstreckt sie sich also nicht durch die Hüllkolbenwand hindurch. Weiter bevorzugt ist sie auch zu einer das Füllgasvolumen begrenzenden Innenwandfläche des Hüllkolbens beabstandet, liegt sie also nicht daran an.
In weiterer Ausgestaltung der vollständig innerhalb des Füllgasvolumens angeordneten Leiterplatte ist diese frei von einer Treiberelektronik, sind also vorzugsweise ausschließlich die LEDs auf der Leiterplatte angeordnet und elektrisch leitend mit der Leiterbahnstruktur verbunden. Die bevorzugt gleichwohl in das Leuchtmittel integrierte Treiberelektronik ist dann bspw. im Sockel angeordnet, etwa auf einer zweiten Leiterplatte. Indem innerhalb des Füllgasvolumens keine Treiberelektronik vorgesehen wird (das Füllgasvolumen frei davon ist), kann bspw. einer Verunreinigung des Füllgases, welche bspw. die LEDs beschädigen könnte, vorgebeugt werden. So muss dann bei der Konzeption der Treiberelektronik nicht gesondert darauf Rücksicht genommen werden, ob bspw. Komponenten der Gehäusetechnik (z. B. die Pressmasse) ausgasen; es müssen also nicht aufwändige Spezialbauteile verwendet werden, was insbesondere hinsichtlich einer Massenfertigung die Kosten optimieren helfen kann.
Generell hat die Leiterplatte vorzugsweise eine in einer der Flächenrichtungen genommene Weite von nicht mehr als 30 mm, wobei höchstens 25 mm weiter und höchstens 20 mm besonders bevorzugt sind. Mögliche Untergrenzen können bspw. bei mindestens 15 mm bzw. 18 mm liegen. In einer zu der eben genannten Flächenrichtung senkrechten Flächenrichtung hat die Leiterplatte vorzugsweise eine Länge von nicht mehr als 60 mm, wobei höchstens 55 mm weiter und höchstens 50 mm besonders bevorzugt sind. In dem Leuchtmittel ist die Leiterplatte bevorzugt derart orientiert, dass ihre Weite senkrecht zur Hüllkolben-Längsachse genommen wird. Ihre Längenerstreckung hat die Leiterplatte dann parallel zur Hüllkolben-Längsachse.
Die angegebenen Obergrenzen sind dahingehend zu verstehen, dass die Leiterplatte insbesondere im Falle der Weite über ihre gesamte Länge eine Weite hat, die kleiner/gleich der Obergrenze ist. Bevorzugt gilt dies analog für die Untergrenze und/oder entsprechend für die Ober-/Untergrenze der Länge. Wenngleich im Allgemeinen aus bspw. thermischen Gründen eine möglichst große Leiterplatte bevorzugt sein kann, kann eine Begrenzung der Leiterplattenweite etwa dahingehend vorteilhaft sein, dass das Leuchtmittel so unter Rückgriff auf Fertigungsschritte einer konventionellen Glühlampe hergestellt werden kann.
Es kann bspw. der Glühlampenfertigung vergleichbar ein sich zu einer Öffnung hin verjüngender Glaskolben vorgesehen werden – anstelle eines Lampenfußes mit Glühwendel wird dann bspw. ein Lampenfuß mit Leiterplatte eingesetzt. Dabei kann die in ihrer Weite beschränkte Leiterplatte durch die Öffnung verringerten Durchmessers (verringert aufgrund der Verjüngung) eingebracht werden. In Herstellungshinsicht wird also eine Kompabilität zu bestehenden Prozessschritten bzw. Zwischenprodukten geschaffen.
Vorzugsweise ist der bevorzugt mattierte Hüllkolben zur Mattierung innenseitig beschichtet (siehe vorne), und zwar weiter bevorzugt mit einer kratzfesten Beschichtung. In Bezug auf die Handhabung des fertigen Leuchtmittels durch einen Benutzer ist die mattierende Beschichtung zwar ohnehin durch die Anordnung an der Hüllkolbenwandinnenfläche geschützt; mit dem Vorsehen einer kratzfesten Beschichtung kann jedoch vorteilhafterweise einer Beschädigung derselben beim Zusammenbau des Leuchtmittels vorgebeugt werden.
Im Kontext der Herstellung wird vorliegend mit „Glaskolben“ ein Vorstadium des Hüllkolbens bezeichnet, welches durch die einseitige Öffnung, zu welcher hin sich der Glaskolben verjüngt, gekennzeichnet ist. Durch Schließen der Öffnung des Glaskolbens wird der ein abgeschlossenes Volumen begrenzender Hüllkolben hergestellt, wobei vorzugsweise die sich verjüngende, also birnenförmige Gestalt unverändert bleibt.
Die Glaskolbenöffnung muss dabei nicht notwendigerweise in einem einzigen Schritt verschlossen werden. Bevorzugt ist die Leiterplatte in einem Lampenfuß aus Glas gehalten und wird dieser an die Öffnung gesetzt und mit dem Glaskolben verschmolzen. Dabei verschließt der Lampenfuß seinerseits die Öffnung jedoch vorzugsweise noch nicht vollständig, sondern stellt er noch einen Kanal zur Verfügung, über welchen das Glaskolbeninnenvolumen druckfluidisch zugänglich ist. Über den Kanal wird das Füllgas in das Glaskolbeninnenvolumen eingebracht, und anschließend wird der Kanal verschlossen, bevorzugt durch ein Anschmelzen von Glas. Vor dem Einbringen des Füllgases wird das Glaskolbeninnenvolumen über den Kanal bevorzugt zumindest teilweise evakuiert.
Bevorzugt durchdringen den Lampenfuß aus Glas, wenn er an die Öffnung des Glaskolbens gesetzt wird, bereits Stromzuführungen, bspw. aus Draht, die mit der Leiterplatte elektrisch leitend verbunden sind, über welche also die LEDs elektrisch betreibbar / kontaktierbar sind. Nach dem Ansetzen des Lampenfußes und bevorzugt auch nach dem Verschließen des Glaskolbens wird dann der Sockel elektrisch leitend mit den Stromzuführungen verbunden und an den Hüllkolben gesetzt, bspw. stoffschlüssig damit verbunden, etwa verklebt.
Nochmals zu dem Mehrlagensubstrat und dessen Herstellung: In bevorzugter Ausgestaltung werden die bevorzugt in den Substratlagen vorgesehenen Trennfugen mit einem mechanischen Schneidwerkzeug oder durch Laserschneiden eingebracht. Als mechanisches Schneidwerkzeug ist ein Stanzwerkzeug bevorzugt, es werden die Trennfugen dann also eingestanzt, was bspw. auch in einem reel-to-reel-Prozess möglich ist. Im Allgemeinen könnten die Trennfugen jedoch bspw. auch geätzt werden; demgegenüber kann das Stanzen jedoch den Durchsatz betreffend und damit insbesondere in einer Massenfertigung Vorteile bieten, wohingegen das Laserschneiden eine hohe Flexibilität erlaubt.
Anhand dieser unterschiedlichen Beispiele wird auch deutlich, dass die Trennfugen auch in Abhängigkeit von der Herstellung eine ganz unterschiedliche Weite haben können. Die Weite einer Trennfuge wird jeweils senkrecht zu ihrer Längenerstreckung, in einer jeweiligen Flächenrichtung der jeweiligen Substratlage genommen, und zwar im Falle einer über die Längenerstreckung variierenden Weite als darüber gebildeter Mittelwert. Dabei wird die jeweilige Substratlage mit noch nicht herausgeklappten Teilbereichen betrachtet, also im Falle des fertigen Leuchtmittels eine Situation, als ob die Teilbereiche noch nicht herausgeklappt (bzw. gedanklich wieder eingeklappt) wären.
Etwa im Falle der mit einem Schneidwerkzeug eingebrachten Trennfuge, kann diese auch beliebig klein werden, können also der Teilbereich und die übrige Substratlage entlang der Trennfuge sogar aneinander grenzen. Beim Laserschneiden wird es hingegen eine gewisse Mindestweite geben, etwa von 50 µm, 100 µm bzw. 150 µm. Auch mit einem Schneidwerkzeug lässt sich jedoch eine weiter gefasste Trennfuge einbringen, bspw. mit zwei in ihrem Abstand zueinander die Weite der Trennfuge vorgebenden, sich parallel erstreckenden Schneiden. Generell ist bevorzugt, dass die Weite der Trennfuge nicht größer als 500 µm, 400 µm, 300 µm bzw. 200 µm ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Leiterbahnstruktur beim Herausklappen der Teilbereiche lokal plastisch verformt, stabilisiert dann also die Leiterbahnstruktur die herausgeklappte Stellung zumindest teilweise. Die Leiterbahnstruktur müsste also erneut plastisch verformt werden, um die Teilbereiche wieder einzuklappen. Insbesondere im Zusammenhang mit dieser Stabilisierungsfunktion haben sich die vorstehend genannten Dicken als vorteilhaft erwiesen. Die „lokale“ Verformung erfolgt bspw. jeweils dort, wobei sich eine jeweilige Falzlinie in der jeweiligen Substratlage mit der Leiterbahnstruktur schneidet.
Es kann auch bevorzugt sein, dass mit Blick auf eine solche Stabilisierung der Teilbereiche jeweils dort, wo die jeweilige Falzlinie verläuft, zusätzlich zu der Leiterbahnstruktur eine damit nicht elektrisch leitend verbundene, vorzugsweise aber im selben Prozess wie die Leiterbahnstruktur aufgebrachte Stabilisierungsmetallisierung vorgesehen ist. Eine solche also nicht zur Stromführung beitragende Stabilisierungsmetallisierung kann die jeweiligen Falzlinien bspw. möglichst großflächig bedecken und sich, wie eben für die Leiterbahnstruktur geschildert, beim Herausklappen der Teilbereiche dort plastisch verformen.
In bevorzugter Ausgestaltung sind die LEDs beim Herausklappen der Teilbereiche bereits auf der jeweiligen Substratlage montiert, werden also zunächst die LEDs montiert und anschließend die Teilbereiche herausgeklappt. Dies kann die Montage der LEDs erheblich vereinfachen. Vorzugsweise sind die LEDs auch bereits beim Einbringen der Trennfugen auf der jeweiligen Substratlage montiert.
Wie vorstehend im Detail erläutert, weist ein bevorzugtes Leuchtmittel einen Träger und/oder Reflektor auf, vorzugsweise die beiden als integriertes Teil. Das Zusammensetzen erfolgt dann in bevorzugter Ausgestaltung derart, dass zunächst die Teilbereiche aus der jeweiligen Substratlage herausgeklappt und anschließend die Substratlagen und der Träger / Reflektor zusammengesetzt werden. Beim Zusammensetzen des Trägers / Reflektors mit den Substratlagen sind also aus letzteren bereits die Teilbereiche herausgeklappt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den verschiedenen Anspruchskategorien unterschieden wird.
Im Einzelnen zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel mit einem Substrat mit herausgeklappten Teilflächen;
2a–f verschiedene Schritte der Herstellung des Substrats für das Leuchtmittel gemäß 1;
3a, b verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung der LEDs auf den herausgeklappten Teilflächen;
4 ein weiteres erfindungsgemäßes Leuchtmittel mit einem Substrat mit herausgeklappten Teilflächen;
5a–d verschiedene Schritte der Herstellung des Leuchtmittels gemäß 4;
6 eine Substratlage für ein Substrat mit einer zu jener der 1 und 4 alternativen Anordnung der LEDs.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel 1 in einer Schrägansicht. Auf einem Substrat 2 sind LEDs montiert (hier der Übersichtlichkeit halber noch nicht gezeigt, vgl. dazu 2/3), und zwar auf Teilflächen 2a, welche gegenüber dem übrigen Substrat 2b herausgeklappt und so schräg dazu angestellt sind. Das übrige Substrat 2b ist für sich flächig, mit der Anordnung der LEDs auf den herausgeklappten Teilflächen 2a ist aber gleichwohl eine von der Fläche losgelöste Einstellung der Lichtverteilung möglich.
Bei dem Leuchtmittel 1 handelt es sich um einen Ersatz für eine konventionelle Glühlampe, das Substrat 2 mit den LEDs ist in einem Hüllkolben 3 angeordnet, der hier geschnitten dargestellte Hüllkolben 3 ist mattiert. An den Hüllkolben 3 schließt ein Sockel 4 (E27-Schraubsockel) an, mit welchem die LEDs über zwei Anschlussdrähte 5 und eine im Sockel 4 angeordnete Treiberelektronik (nicht sichtbar) elektrisch betreibbar verbunden sind.
Das Substrat 2 ist ein Mehrlagensubstrat, das aus zwei Substratlagen und einem dazwischen angeordneten Träger / Reflektor aufgebaut ist, vgl. dazu dann 3 im Detail. Im Folgenden wird zunächst anhand von 2 erläutert, wie aus einer solchen Substratlage ein dann eine Teilflächen 2a des Substrats 2 bildender Teilbereich herausgeklappt wird.
In einem ersten Schritt (2a) wird auf eine Substratlage 20, nämlich einem 300 µm dicken Kunststoffblatt aus PET, eine Kupferschicht 21 aufgebracht, und zwar stromlos in einem Bad. Aus dieser Kupferschicht 21 wird dann eine Leiterbahnstruktur 22 herausgearbeitet (2b), wozu die Kupferschicht 21 mit einem Fotolack maskiert wird. Dieser wird belichtet und lokal geöffnet, sodass in einem anschließenden Ätzprozess die Bereiche frei liegen, die dann zwischen den Leiterbahnen 22 liegen. Nach dem Ätzen verbleibt also die Leiterbahnstruktur 22 (und wird der Fotolack entfernt).
Auf der Leiterbahnstruktur 22 wird dann in einem nächsten Schritt (2c) eine LED 23 montiert, und zwar als sogenanntes SMD-Bauteil (Surface Mounted Device). Die LED 23 weist also zwei der Leiterbahnstruktur 22 und der darunterliegenden Substratlage 20 zugewandte (nicht dargestellte) Rückseitenkontakte auf, welche mit der Leiterbahnstruktur 22 über jeweils eine stoffschlüssige Fügeverbindungsschicht verbunden werden, entweder über einen elektrisch leitfähigen Klebstoff (z. B. mit Silber gefüllt) oder ein Niedrigtemperaturlot.
Als Nächstes wird je herauszuklappenden Teilbereich 20a eine den jeweiligen Teilbereich 20a teilweise von der übrigen Substratlage 20b trennende Trennfuge 24 strukturiert, die sich als nicht geschlossene, U-förmige Kurve erstreckt (2d). Jeder der Teilbereiche 20a bleibt dabei aber noch über einen Brückenbereich 25 mit der übrigen Substratlage 20b verbunden. Die Trennfugen 24 werden entweder durch Laserschneiden, was eine hohe Flexibilität erlaubt, oder durch Stanzen eingebracht, was einen guten Durchsatz ermöglichen kann.
Die Teilbereiche 20a werden anschließend jeweils um den Brückenbereich 25 als Scharnier aus der übrigen Substratlage 20b herausgeklappt, und zwar jeweils um einen Winkel von ca. 45°. In den Brückenbereichen 25 erstreckt sich dann also jeweils eine Falzlinie, welche den Übergang zwischen Teilbereich 20a und übriger Substratlage 20b markiert.
In einem letzten Schritt wird ein Reflektor / Träger 26 mit der Substratlage 20 zusammengesetzt, wozu eine Innenseitenfläche 27 der Substratlage 20 im Bereich der übrigen Substratlage 20b mit einem Klebstofffilm beschichtet und Substratlage 20 und Reflektor 12 dann aneinander gebracht werden. Eine der Innenseitenfläche 27 entgegengesetzte Außenseitenfläche 28 der Substratlage 20 kann zusätzlich mit einer (nicht dargestellten) reflektiven Schicht versehen werden bzw. sein. Es kann aber auch bereits die Substratlage 20 für sich aufgrund in das PET-Material eingebetteter Reflexionspartikel reflektierend sein. An die entgegengesetzte Seite des Träger / Reflektors 26 wird dann in gleicher Weise eine weitere Substratlage 30 gesetzt, vgl. 3.
3 zeigt das fertige Mehrlagensubstrat 2 in einem Schnitt. Dabei sind die LEDs 23 im Falle von 3a außenseitig montiert, bei 3b hingegen zur indirekten Lichtabgabe innenseitig. Der Aufbau gemäß 3b geht aus den anhand von 2 erläuterten Herstellungsschritten hervor, für die Herstellung des Mehrlagensubstrats 2 gemäß 3a müsste der Teilbereich 20a zur anderen Seite der Substratlage 20 herausgeklappt und der Träger / Reflektor 26 an der entgegengesetzten Seite angeordnet werden.
3 zeigt den Aufbau des Mehrlagensubstrats 2, nämlich den Träger / Reflektor 26 mit beidseits jeweils einer Substratlage 20, 30 daran. In beiden Varianten gemäß den 3a, b sind die Teilbereiche 20a, 30a jeweils zu einer Außenseitenfläche 28 der jeweiligen Substratlage 20, 30 herausgeklappt. In 3a sind die Leiterbahnen 22 und die LEDs 23 dann auf dieser Außenseitenfläche 28 vorgesehen, im Falle von 3b hingegen jeweils auf der Innenseitenfläche 27 der jeweiligen Substratlage.
Dementsprechend weist eine LED-Hauptausbreitungsrichtung 31 gemäß 3a von dem Substrat 2 weg, wohingegen die LED-Hauptausbreitungsrichtung 31 in 3b zum Substrat 2 hin weist. Das von den LEDs 23 emittierte Licht fällt in 3b zum Teil auf den Träger / Reflektor 26 und wird dann als indirektes Licht abgegeben. Demgegenüber erfolgt die Lichtabgabe bei der Variante gemäß 3a direkt.
Als Träger / Reflektor 26 ist in beiden Fällen ein Aluminiumblech vorgesehen. Auf jeder der Substratlagen 20, 30 sind Leiterbahnen 22 vorgesehen, deren Dicke jeweils bei rund 50 µm liegt. Beim Herausklappen der Teilbereiche 20a, 30a werden die Leiterbahnen 22 jeweils lokal plastisch verformt, was die Teilbereiche 20a, 30a in ihrer herausgeklappten Position stabilisiert.
Bei dem Leuchtmittel 1 gemäß 1, dessen Herstellung im Folgenden weiter im Detail erläutert wird, ist der Hüllkolben 3 aus Glas vorgesehen und mit einem thermisch gut leitfähigen Füllgas (einem Heliumgemisch) gefüllt. Im Folgenden wird die Gesamtheit aus Mehrlagensubstrat 2 und Leiterbahnstruktur 22 als „Leiterplatte“ bezeichnet.
Bei der Herstellung des Leuchtmittels 1 wird ein Glaskolben vorgesehen, der in seiner Form bereits dem Hüllkolben 3 entspricht, im Gegensatz dazu jedoch sockelseitig noch offen ist. Durch diese Öffnung kann die Leiterplatte 2, 22 eingebracht werden.
Beim Einbringen der Leiterplatte 2, 22 in den Glaskolben ist die Leiterplatte 2, 22 bereits an einem Lampenfuß montiert. Den Lampenfuß aus Glas durchsetzen die Drähte 5, die jeweils elektrisch leitend mit der Leiterplatte 2, 22 verbunden sind. Mit dem Einbringen der Leiterplatte 2, 22 in den Glaskolben wird der Lampenfuß an die Öffnung in dem Glaskolben gesetzt, um die Öffnung nach einem Anschmelzen zu verschließen. Der Lampenfuß verschließt die Öffnung jedoch noch nicht vollständig, sondern stellt in seinem Inneren einen Kanal zur Verfügung, über welchen das Innenvolumen des Glaskolbens noch druckfluidisch zugänglich ist; das Innenvolumen wird dann über den Kanal zunächst evakuiert und anschließend mit dem Füllgas befüllt. Dann wird der Kanal verschlossen, womit die Leiterplatte 2, 22 in einem abgeschlossenen Volumen des Hüllkolbens 3 gehalten ist.
Die aus dem Hüllkolben 3 hervortretenden Drähte 5 werden dann jeweils elektrisch leitend mit einer außerhalb des Hüllkolbens 3 angeordneten Treiberelektronik (nicht dargestellt) verbunden; die Treiberelektronik ihrerseits ist elektrisch leitend mit dem Sockel 4 verbunden und dann auch darin angeordnet. Bei Anlegen einer Netzspannung an die Anschlussstellen des Sockels 4 passt die Treiberelektronik diese für den Betrieb der LEDs 23 an. In einem letzen Schritt werden der Sockel 4 und der Hüllkolben 3 zusammengesetzt und bspw. mit einer Klebeverbindung aneinander befestigt.
4 zeigt ein zu jenem gemäß 1 alternatives Leuchtmittel 1. Auch in diesem Fall handelt es sich um einen Ersatz für eine konventionelle Glühlampe und ist das Leuchtmittel 1 mit einem E27-Sockel 4 ausgestattet. Mit diesem Sockel 4 ist die Leiterplatte 2, 22 elektrisch leitend verbunden, sodass beim Anlegen einer Spannung an die Sockel-Anschlussstellen eine entsprechende Spannung an der Leiterplatte 2, 22 anliegt. Auf der Leiterplatte 2, 22 ist eine (nicht dargestellte) Treiberelektronik vorgesehen, welche die Spannung für den Betrieb der LEDs 3 anpasst.
Der Hüllkolben 3 ist in diesem Fall aus Kunststoff vorgesehen. Dieser ist vorliegend klar dargestellt, ist in realiter jedoch mattiert. Zwischen dem Hüllkolben 3 und dem Sockel 4 ist ein Gehäuseteil 40 angeordnet. Eine Hüllkolben-Längsachse 43 erstreckt sich durch das Leuchtmittel 1 und durchsetzt den Sockel 4 und den Hüllkolben 3.
Ferner weist das Leuchtmittel 1 einen Kühlkörper 41 aus Aluminium auf, welcher einer Abfuhr der von den LEDs 3 erzeugten Wärme dient. Dazu liegt der Kühlkörper 41 mit vier Federn jeweils flächig an der Leiterplatte 2, 22 an. Der Kühlkörper 41 liegt an dem Gehäuseteil 40 an, welches eine Außenfläche 42 des Leuchtmittels 1 bildet. Der Kühlkörper 41 hat einen thermischen Widerstand R_th von ca. 5 K/W.
5 veranschaulicht den Zusammenbau des Leuchtmittels 1 in mehreren Schritten. Zunächst sind der Hüllkolben 3 und die Leiterplatte 2, 22 gesonderte Teile. Ferner ist auch der Kühlkörper 41 aus zwei zunächst gesonderten Kühlkörperteilen 41a, b vorgesehen (5a). In einem ersten Schritt werden die beiden Kühlkörperteile 41a, b an die Leiterplatte 2, 22 gesetzt, wird also der Kühlkörper 41 in seiner Position an der Leiterplatte 2, 22 zusammengesetzt (5b).
Mit dem Zusammensetzen des Kühlkörpers 41 legen sich am Kühlkörper vorgesehene Federn 51 an die Leiterplatte 2, 22 an. Ferner ist in der Leiterplatte 2, 22 eine Nut 52 vorgesehen (vgl. 4 im Detail), in welche der Kühlkörper 41 eingreift. Die Leiterplatte 2, 22 und der Kühlkörper 41 sind so in ihrer Relativposition in Bezug auf die Hüllkolben-Längsachse 43 festgelegt.
Auch das Gehäuseteil 40 und der Sockel 4 sind zunächst gesonderte Teile, die zusammengesetzt werden (5b). In einem nächsten Schritt wird die Einheit aus der Leiterplatte 2, 22 mit dem Kühlkörper 41 in das Gehäuseteil 40 eingepresst (entlang der Hüllkolben-Längsachse 43) und ist dann durch Übermaßpassung darin gehalten (5c).
In einem letzten Schritt (5d) wird dann der Hüllkolben 3 mit einer Bewegung entlang der Hüllkolben-Längsachse 43 angesetzt, und zwar ein Stück weit in das Gehäuseteil 40 eingesetzt. Der Hüllkolben 3 ist dann formschlüssig in dem Gehäuseteil 40 gehalten.
6 zeigt eine Substratlage 20 mit gegenüber der übrigen Substratlage 20b herausgeklappten Teilbereichen 20a. Im Unterschied zu den bisher diskutierten Ausführungsformen sind in diesem Fall die Teilbereiche 20a (und damit die Teilflächen des entsprechend hergestellten Substrats) um jeweils 90° herausgeklappt. Die LEDs und die Leiterbahnen sind auf der Außenseitenfläche 28, auf welche der Blick in 6 fällt, angeordnet, der Übersichtlichkeit halber jedoch nicht dargestellt. Von dem unterschiedlichen Winkel abgesehen entspricht der Aufbau jenem gemäß der vorstehenden 3a und wird auf die entsprechende Beschreibung verwiesen.
In dem Leuchtmittel 1 sind die Teilbereiche 20a dann derart angeordnet, dass die LED-Hauptausbreitungsrichtung der auf dem oberen Teilbereich 20a angeordneten LED parallel zu einer Hüllkolben-Längsrichtung ist (welche parallel zur Hüllkolben-Längsachse 43 liegt und vom Sockel 4 in Richtung Hüllkolben 3 weist). Die LED-Hauptausbreitungsrichtung der auf dem unteren Teilbereich 20a angeordneten LED ist der Hüllkolben-Längsrichtung entgegengesetzt, die beiden LED-Hauptausbreitungsrichtungen der LEDs auf den übrigen Teilbereichen 20a schließen mit der Hüllkolben-Längsrichtung jeweils einen Winkel von 90° ein.

Claims

Leuchtmittel (1) mit einer Mehrzahl LEDs (23) zur Emission von Licht, einem Substrat (2), einer Leiterbahnstruktur (22) an dem Substrat (2), auf welchem Substrat (2) die LEDs (23) montiert und dabei elektrisch leitend mit der Leiterbahnstruktur (22) verbunden sind, einem für das von den LEDs (23) emittierte Licht transmissiven Hüllkolben (23), in welchem das Substrat (2) mit den LEDs (23) angeordnet ist, und einem Sockel (4), mit welchem die LEDs (23) über die Leiterbahnstruktur (22) elektrisch betreibbar verbunden sind, wobei mindestens zwei Teilflächen (2a) des Substrats (2) gegenüber dem übrigen Substrat (2b) jeweils um einen Brückenbereich (25), über welchen die jeweilige Teilfläche (2a) mit dem übrigen Substrat (2b) verbunden ist, herausgeklappt und so schräg zu dem für sich flächigen übrigen Substrat (2b) angestellt sind, wobei je Seitenfläche des übrigen Substrats (2b), welche Seitenflächen einander in Bezug auf eine Dickenrichtung des übrigen Substrats (2b) entgegengesetzt liegen, jeweils mindestens eine Teilfläche (2a) herausgeklappt ist, und wobei auf jeder der Teilflächen (2a) mindestens eine der LEDs (23) angeordnet ist.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1, bei welchem je Seitenfläche des übrigen Substrats (2b) mindestens zwei Teilflächen (2a) herausgeklappt sind, auf welchen jeweils mindestens eine der LEDs (23) montiert ist, wobei die Teilflächen (2a) jeweils um mindestens 25° und höchstens 65° gegenüber dem übrigen Substrat (2b) herausgeklappt sind.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1, bei welchem je Seitenfläche des übrigen Substrats (2b) mindestens zwei Teilflächen (2a) herausgeklappt sind, auf welchen jeweils mindestens eine der LEDs (23) montiert ist, wobei die Teilflächen (2a) jeweils um mindestens 70° und höchstens 110° gegenüber dem übrigen Substrat (2b) herausgeklappt sind.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem je Seitenfläche des übrigen Substrats (2b) mindestens vier Teilflächen (2a) herausgeklappt sind, welche mindestens vier Teilflächen (2a) je Seitenfläche des übrigen Substrats (2b) um eine gemeinsame Drehachse drehsymmetrisch zueinander sind.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Substrat (2) aus mindestens zwei jeweils für sich flächigen, zu einem Mehrlagensubstrat zusammengesetzten Substratlagen (20, 30) aufgebaut ist, wobei die Teilflächen (2a) jeweils ein Teilbereich (20a, 30a) einer der Substratlagen (20, 30) sind, welche Teilbereiche (20a, 30a) gegenüber der jeweiligen übrigen Substratlage (20b, 30b) um den Brückenebereich (25) herausgeklappt sind, wobei aus jeder Substratlage (20, 30) mindestens ein Teilbereich (20a, 30a) herausgeklappt ist.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 5, bei welchem das Substrat (2) eine Fügeverbindungsschicht aufweist, mit welcher die Substratlagen (20, 30) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem je Substratlage (20, 30) der mindestens eine Teilbereich (20a, 30a) jeweils zu einer Außenseitenfläche (28) der jeweiligen Substratlage (20, 30) herausgeklappt ist, welche Außenseitenflächen (28) jeweils zugleich eine Seitenfläche des Substrats (2) sind.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei welchem je Substratlage (20, 30) der mindestens eine Teilbereich (20a, 30a) von der übrigen Substratlage (20b, 30b) mit einer jeweiligen Trennfuge (24), welche die jeweilige Substratlage (20, 30) in deren Dickenrichtung durchsetzt und sich in Bezug auf deren Flächenrichtungen vollständig innerhalb der jeweiligen Substratlage (20, 30) erstreckt, teilweise abgetrennt ist.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem das Substrat (2) einen Träger (26) aufweist, der zumindest bereichsweise zwischen den Substratlagen (20, 30) angeordnet ist, wobei der Träger (26) eine höhere Biegesteifigkeit hat als sie die Substratlagen (20, 30) jeweils für sich haben.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei welchem das Substrat (2) einen flächigen Reflektor (26) aufweist, der zwischen den Substratlagen angeordnet ist, wobei die auf den herausgeklappten Teilbereichen angeordneten LEDs (23) jeweils auf einer dem Reflektor (26) zugewandten Innenseitenfläche (27) der jeweiligen Substratlage (20, 30) angeordnet sind, sodass je LED (23) zumindest ein Teil des Lichts auf den Reflektor (26) fällt.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 10 in Verbindung mit Anspruch 9, bei welchem der Träger (26) zugleich der Reflektor (26) ist.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei welchem die LEDs (23) jeweils auf einer Außenseitenfläche (28) der jeweiligen Substratlage (20, 30) montiert sind, welche Außenseitenflächen (28) jeweils zugleich Seitenfläche des Substrats (2) sind.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, bei welchem die Substratlagen (20, 30) jeweils eine Dicke von mindestens 150 µm und höchstens 500 µm haben und auf jeder der Substratlagen (20, 30) jeweils Leiterbahnen (22a, b) als Teil der Leiterbahnstruktur (22) vorgesehen sind, welche Leiterbahnen (22a, b) jeweils eine Dicke von mindestens 20 µm und höchstens 100 µm haben.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die mit dem Leuchtmittel (1) erzeugte Lichtverteilung insoweit homogenisiert ist, als bei einem Umlauf um eine Hüllkolben-Längsachse (43) unter einem Winkel von 90° zu einer Hüllkolben-Längsrichtung genommene Lichtstärkewerte jeweils mindestens 30 % eines bei dem Umlauf genommenen Maximalwerts der Lichtstärke ausmachen.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Kühlkörper (41), der in direktem thermischen Kontakt mit dem Substrat (2) vorgesehen ist und eine Außenfläche des Leuchtmittels (1) bildet oder in direktem thermischen Kontakt mit einem eine Außenfläche (42) des Leuchtmittels (1) bildenden Teil vorgesehen ist, wobei der Kühlkörper (41) einen thermischen Widerstand R_th von höchstens 25 K/W hat.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 15, bei welchem der Kühlkörper (41) aus mindestens zwei Teilen (41a, b) zusammengesetzt ist, welche Kühlkörperteile (41a, b) das Substrat (2) gemeinsam umschließen.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem der Hüllkolben (3) aus Glas vorgesehen ist und ein abgeschlossenes, mit einem Füllgas gefülltes Volumen begrenzt, welches Füllgas eine höhere thermische Leitfähigkeit als Luft hat.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 17, bei welchem das Substrat (2) mit der Leiterbahnstruktur (22) vollständig innerhalb des Füllgasvolumens angeordnet ist und vorzugsweise frei von einer Treiberelektronik ist.
Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten: – Vorsehen des Substrats (2); – Herausklappen der Teilflächen (2a) aus dem übrigen Substrat (2b).
Verfahren nach Anspruch 19 zum Herstellen eines Leuchtmittels (1) nach Anspruch 8, optional auch in Verbindung mit einem der Ansprüche 9 bis 18, bei welchem die Trennfugen (24) mit einem mechanischen Schneidwerkzeug, insbesondere einem Stanzwerkzeug, oder durch Laserschneiden eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei welchem die Leiterbahnstruktur (22) beim Herausklappen der Teilbereiche (2a) lokal plastisch verformt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 zum Herstellen eines Leuchtmittels (1) nach Anspruch 5, optional auch in Verbindung mit einem der Ansprüche 6 bis 18, bei welchem die Teilbereiche (20a, 30a) beim Zusammensetzen der Substratlagen (20, 30) bereits jeweils aus der übrigen Substratlage (20b, 30b) herausgeklappt sind.