DE102015206808A1

DE102015206808A1 - Leuchtmittel mit LEDs

Info

Publication number: DE102015206808A1
Application number: DE102015206808.0A
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
Also published as: US20180100624A1; US10655791B2; WO2016165870A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel (1) mit einem Sockel (6) und einem Hüllkolben (5), in dem LEDs (3) auf einem flächigen Mehrlagensubstrat (2) angeordnet sind, welches zwischen zwei einander entgegengesetzten Außenseitenflächen (4) zumindest bereichsweise aus mindestens zwei Substratlagen (81) aufgebaut ist, wobei die mindestens zwei Substratlagen (81) aus einem flächigen Substratblatt (21) gebildet sind, welches auf sich selbst zurückgelegt ist, und wobei auf einer Seitenfläche (84) des Substratblatts (21), die aufgrund des Zurückgelegtseins des Substratblatts (21) jeweils zumindest anteilig die zwei Außenseitenflächen (4) des Mehrlagensubstrats (2) bildet, die LEDs (3) derart montiert sind, dass auf beiden der zwei Außenseitenflächen (4) des Mehrlagensubstrats (2) jeweils mindestens eine der LEDs (3) montiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit auf einem Mehrlagensubstrat montierten LEDs, wobei das Mehrlagensubstrat 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 auf einer Leiterplatte montierten 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 flächigen Mehrlagensubstrat, das zwischen zwei einander entgegengesetzten Außenseitenflächen zumindest bereichsweise aus mindestens zwei Substratlagen aufgebaut ist, auf welchem Mehrlagensubstrat die LEDs montiert sind und das eine Leiterbahnstruktur trägt, mit der die LEDs elektrisch leitend verbunden sind, einem für das von den LEDs emittierte Licht transmissiven Hüllkolben, in welchem das Mehrlagensubstrat mit den LEDs angeordnet ist, und einem Sockel, mit welchem die LEDs über die Leiterbahnstruktur elektrisch betreibbar verbunden sind, wobei die mindestens zwei Substratlagen aus einem flächigen Substratblatt gebildet sind, welches auf sich selbst zurückgelegt ist, und wobei auf einer Seitenfläche des Substratblatts, welche Seitenfläche aufgrund des Zurückgelegtseins des Substratblatts jeweils zumindest anteilig die zwei Außenseitenflächen des Mehrlagensubstrats bildet, die LEDs derart montiert sind, dass auf beiden der zwei Außenseitenflächen des Mehrlagensubstrats jeweils mindestens eine der LEDs montiert ist
sowie einem Verfahren mit den Schritten:

– Vorsehen des flächigen Substratblatts;
– Montieren der LEDs auf der Seitenfläche des Substratblatts;
– Zurücklegen des Substratblattes mit den darauf montierten LEDs auf sich selbst zum Bilden des Mehrlagensubstrats derart, dass auf beiden der zwei Außenseitenflächen jeweils mindestens eine der LEDs montiert ist.

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 zwar im Ergebnis beidseitig LED-bestücktes Mehrlagensubstrat vorzusehen, dessen Aufbau aus einem auf sich selbst zurückgelegten Substratblatt in der Herstellung gleichwohl eine einseitige Bestückung ermöglicht. Es müssen nämlich nur auf der dann zumindest anteilig die Außenseitenflächen des Mehrlagensubstrats bildenden Seitenfläche LEDs montiert werden, was im Vergleich zu einer beidseitigen Bestückung die Komplexität und den Aufwand reduzieren helfen kann. Eine entgegengesetzte Seitenfläche des Substratblatts ist bevorzugt frei von LEDs, das Substratblatt ist also nur einseitig LED-bestückt. Das daraus gebildete Mehrlagensubstrat ist dann gleichwohl beidseitig bestückt.
Im Falle des eingangs genannten Standes der Technik (Leuchtmittel mit Linse) ist zwar auch nur eine einseitige LED-Bestückung der Leiterplatte erforderlich, muss zur Umverteilung des Lichts in den Rückraum jedoch eben zusätzlich die Linse vorgesehen werden. Demgegenüber können mit dem vorliegenden Ansatz, also der im Ergebnis beidseitigen Bestückung, bspw. bereits zwei einander entgegengesetzte Richtungen jeweils schwerpunktmäßig mit Licht versorgt werden, in Abhängigkeit von der Ausgestaltung im Einzelnen auch mehr als zwei Richtungen (siehe unten im Detail). Die Lichtabgabe in unterschiedliche Richtungen ist also gewissermaßen bereits in das Mehrlagensubstrat und die damit geschaffene Relativanordnung der LEDs integriert, was etwa im Vergleich zu dem Stand der Technik die Anzahl der zu verbauenden Einzelteile reduzieren helfen kann (es ist eben bspw. keine Linse erforderlich). Insbesondere in einer Massenfertigung können so bspw. Aufwand und Ausschuss verringert werden.
Die LED-bestückte Seitenfläche des Substratblatts kann beide einander entgegengesetzte Außenseitenflächen des Mehrlagensubstrats jeweils vollständig bilden (vgl. bspw. 6) oder eine bzw. beide davon jeweils nur anteilig (vgl. bspw. 3). Die Außenseitenflächen des Mehrlagensubstrats sind einander in Bezug auf dessen Dickenrichtung entgegengesetzt. Das flächige Mehrlagensubstrat hat 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 Mehrlagensubstrat variierenden Dicke wird ein darüber gebildeter Mittelwert betrachtet. Die Außenseitenflächen erstrecken sich dann jeweils in den Flächenrichtungen.
Das „zumindest bereichsweise“ aus mindestens zwei Substratlagen („mehrlagig“) aufgebaute Mehrlagensubstrat ist bspw. zu einem Flächenanteil von in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 10 %, 20 % bzw. 30 % seiner Fläche mehrlagig, vgl. 2 in Verbindung mit 3 zur Illustration; Obergrenzen können (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 80 % bzw. 60 % liegen. Das Mehrlagensubstrat kann jedoch auch im Gesamten, also über seine gesamte Fläche mehrlagig, aufgebaut sein, vgl. 7 in Verbindung mit 6 zur Illustration. Vorzugsweise ist das Mehrlagensubstrat zumindest in dem Bereich, der aus dem Substratblatt mehrlagig aufgebaut ist, plan, liegen also die Außenseitenflächen dort jeweils in einer Ebene und sind diese Ebenen um die Dicke des Mehrlagensubstrats zueinander beabstandet.
Im Allgemeinen können aus dem Substratblatt auch mehr als zwei Substratlagen gebildet sein, kann es also mehrfach auf sich selbst zurückgelegt sein. So könnte bspw. durch ein dreifaches Zurücklegen ein zumindest bereichsweise aus vier Substratlagen aufgebautes Mehrlagensubstrat gebildet sein, wobei eine von LEDs freie Teilfläche der im Übrigen LED-bestückten Seitenfläche dann auf sich selbst zurückgelegt im Inneren des Mehrlagensubstrats zwischen zwei Substratlagen läge. Bevorzugt sind aus dem Substratblatt jedoch genau zwei Substratlagen gebildet, die aber um weitere, zuvor (vor der Herstellung des Mehrlagensubstrats) zu dem Substratblatt gesonderte Lagen, etwa einen nachstehend im Detail erläuterten Träger, ergänzt sein können.
Die aus dem Substratblatt gebildeten Substratlagen entsprechen jeweils einem Teilbereich des Substratblatts, wobei diese Teilbereiche dann aufgrund des Zurückgelegtseins des Substratblatts auf sich selbst in der Dickenrichtung (des Mehrlagensubstrats) aufeinanderfolgen. Die aus dem Substratblatt gebildeten Substratlagen grenzen dann in Bezug auf die Dickenrichtung bspw. entweder direkt aneinander oder an eine andere Schicht des Mehrlagensubstrats, welches keine Luftschicht umfassen soll (sondern frei davon sein soll). Die Substratlagen sind vorzugsweise einstückig miteinander, was weiter bevorzugt für das Mehrlagensubstrat im Gesamten gilt; „einstückig“ meint nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar (ohne Zerstörung einer der Substratlagen oder eines in Bezug auf die Dickenrichtung dazwischen angeordneten Teils), auch von einem Verbindungsbereich des Substratblatts zwischen den Substratlagen abgesehen.
Die auf dem Mehrlagensubstrat „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) das Mehrlagensubstrat 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 Mehrlagensubstrat 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.
Im Allgemeinen könnte das Substratblatt auch aus einem Metall vorgesehen sein, etwa Aluminium. Zwischen dem Substratblatt und der Leiterbahnstruktur wäre dann eine Isolationsschicht angeordnet, etwa eine Imidschicht. Vorzugsweise ist das Substratblatt aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen, vorzugsweise einem Polyestermaterial, besonders bevorzugt aus Polyethylenterephthalat (PET). Das Substratblatt ist bevorzugt einschichtig, also monolithisch in Bezug auf seine Dickenrichtung; „monolithisch“ meint von statistisch verteilt angeordneten Einschlüssen, etwa Partikeln zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit und/oder Reflektivität, abgesehen in seinem Inneren frei von Materialgrenzen zwischen unterschiedlichen Materialien bzw. Materialien unterschiedlicher Herstellungsgeschichte.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substratblatt um eine Falzlinie auf sich selbst zurückgelegt, ist es also auf sich selbst zurückgefaltet. Die Falzlinie ist ein Knick in dem Substratblatt (bei bezogen auf dessen Größenskala makroskopischer Betrachtung), der Krümmungsradius des Verbindungsbereichs zwischen den Substratlagen soll also im Rahmen des technisch Möglichen möglichst klein sein, bspw. kleiner als die Dicke des Mehrlagensubstrats. Wenngleich im Allgemeinen auch ein händisches Falten denkbar ist, wird die Falzlinie vorzugsweise maschinell eingebracht. Generell erfordert das Zurücklegen des Substratblatts auf sich selbst indes nicht das Ausbilden einer Falzlinie, sondern kann der Verbindungsbereich im Prinzip auch mit einem beliebig großen Krümmungsradius gefasst werden, kann das Substratblatt im Verbindungsbereich bspw. um einen Rundstift gelegt werden.
Die bevorzugt eingebrachte Falzlinie verläuft gerade über das Substratblatt, von Außenrand zu Außenrand. Sie wird derart eingebracht, dass beiseits davon jeweils mindestens eine der LEDs angeordnet ist; die beiseits der Falzlinie liegenden Teilflächen der LED-bestückten Seitenfläche bilden dann jeweils zumindest anteilig eine der Außenseitenflächen, die dann entsprechend mit jeweils mindestens einer LED versehen sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Mehrlagensubstrat eine Fügeverbindungsschicht zwischen den aus dem Substratblatt gebildeten Substratlagen auf, über welche letztere stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist eine die Substratlagen zusammenhaltende Klebstoffschicht. Die Fügeverbindungsschicht ist in Bezug auf die Dickenrichtung des Mehrlagensubstrats zwischen den Substratlagen angeordnet und erstreckt sich (in den Flächenrichtungen) über bspw. mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 75 %, weiter bevorzugt mindestens 90 %, eines Bereichs, in dem das Mehrlagensubstrat mehrlagig ist.
Die Fügeverbindungsschicht hält die Substratlagen auch von dem Verbindungsbereich des Substratblatts abgesehen beisammen. Zwei Substratlagen können dabei entweder von einer einzigen Fügeverbindungsschicht zusammengehalten werden, an die dann beide Substratlagen grenzen, oder im Falle eines nachstehend beschriebenen Trägers zwischen den Substratlagen auch von zwei Fügeverbindungsschichten, jeweils zwischen jeweiliger Substratlage und Träger. Die die Substratlagen beisammen haltende Fügeverbindungsschicht muss also nicht notwendigerweise unmittelbar an beide Substratlagen grenzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das Substratblatt 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 Substratblatts festgestellt, lässt es sich jedoch andererseits gut auf sich selbst zurücklegen, insbesondere falten, was im Besonderen mit der nachstehend offenbarten Leiterbahndicke gilt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die auch unabhängig von einer Konkretisierung der Substratblattdicke 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. Die Leiterbahnstruktur und das Mehrlagensubstrat sind einstückig miteinander, können also nicht zerstörungsfrei (ohne Zerstörung eines Teils des Verbunds) voneinander getrennt werden.
Wenngleich im Allgemeinen die Leiterbahnen auch auf einer der LED-bestückten Seitenfläche entgegengesetzten Seitenfläche des Substratblatts angeordnet und die LEDs dann bspw. über Druckkontakte damit verbunden sein könnten, sind die Leiterbahnen bevorzugt auf der LED-bestückten Seitenfläche angeordnet, besonders bevorzugt ausschließlich auf dieser (ist also die entgegengesetzte Seitenfläche frei davon). Die Leiterbahnen sind bevorzugt auf jenen Teilflächen der LED-bestückten Seitenflächen angeordnet, welche dann jeweils zumindest anteilig eine der Außenseitenflächen bilden. Die Dicke der Leiterbahnen wird entlang der Dickenrichtung des Mehrlagensubstrats, an beiden Außenseitenflächen gesondert genommen. Im Falle einer variierenden Dicke wird ein über das Mehrlagensubstrat gebildeter Mittelwert betrachtet. Die Dicke des Substratblatts wird entlang dessen Dickenrichtung genommen, im Falle einer variierenden Dicke ebenfalls als Mittelwert, wobei eine konstante Dicke bevorzugt ist, welche dann den Dicken der einzelnen, daraus gebildeten Substratlagen entspricht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Mehrlagensubstrat einen Träger auf, der zumindest bereichsweise zwischen den Substratlagen angeordnet ist (in Bezug auf die Dickenrichtung des übrigen Substrats); der Träger ist Teil des Mehrlagensubstrats. 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 hat eine höhere Biegesteifigkeit als das Substratblatt 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 des Substratblatts 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.
Der Träger ist „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 Bereichs des Mehrlagensubstrats erstrecken, der aus dem Substratblatt mehrlagig aufgebaut ist. Der Träger ist bevorzugt ein im Gesamten planes Teil.
Das Substratblatt 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 das Substratblatt 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 des Substratblatts mit dem Träger kann bspw. auch in einem Band- bzw. Rollenprozess (reel to reel) erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mehrlagensubstrat in mindestens zwei Teilbereiche unterteilt, wobei jeweils nächstbenachbarte Teilbereiche über jeweils einen aus dem Substratblatt gebildeten Brückenbereich miteinander verbunden sind. Jeder der Teilbereiche soll bspw. mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 %, der Gesamtfläche des Mehrlagensubstrats einnehmen, mögliche Obergrenzen liegen bspw. bei höchstens 80 % bzw. 60 %. Bevorzugte Obergrenzen für die Anzahl an Teilbereichen des Mehrlagensubstrats können bspw. bei höchstens 15, vorzugsweise höchstens 10, Teilbereichen liegen. In den Teilbereichen jeweils für sich ist das Mehrlagensubstrat jeweils bevorzugt plan.
Die Verkippung bezieht sich auf jeweils nächstbenachbarte Teilbereiche, übernächstbenachbarte Teilbereiche können dann also bspw. auch wieder dieselbe Orientierung haben, vgl. 3 zur Illustration. Eine Flächennormale auf einen Teilbereich soll mit einer Flächennormalen auf einen dazu „verkippten“ Teilbereich bspw. einen Winkel von mindestens 10°, vorzugsweise mindestens 20°, besonders bevorzugt mindestens 30°, einschließen, wobei mögliche Obergrenzen bspw. bei höchstens 170°, vorzugsweise höchstens 160°, besonders bevorzugt höchstens 150°, liegen. Betrachtet werden dabei Flächennormale auf dieselbe Außenseitenfläche.
Der Brückenbereich zwischen nächstbenachbarten Teilbereichen ist aus dem Substratblatt gebildet, vorzugsweise aus nur einer Substratlage, ist das Substratblatt im Brückenbereich also vorzugsweise nicht auf sich selbst zurückgelegt. Bevorzugt wird der Brückenbereich ausschließlich mit dem Substratblatt gebildet. Die Teilbereiche werden vorzugsweise durch Falten des Substratblatts gebildet, bevorzugt erstreckt sich in einem jeweiligen Brückenbereich eine jeweilige Falzlinie.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest einer der LEDs, die ihrerseits in einem der Teilbereiche angeordnet ist, ein anderer der Teilbereiche derart zugeordnet, dass auf den anderen Teilbereich mindestens 10 %, vorzugsweise mindestens 15 %, besonders bevorzugt mindestens 20 %, des von der LED emittierten Lichts fallen und daran reflektiert werden. Das Mehrlagensubstrat dient insoweit zugleich als Reflektor. Mit der Reflexion wird ein Teil des Lichts umverteilt, was bspw. einer Homogenisierung der Lichtverteilung im Fernfeld dienen kann.
Eine Hauptausbreitungsrichtung des Lichts wie von der LED emittiert (LED-Hauptausbreitungsrichtung) kann gegenüber einer Hauptausbreitungsrichtung des reflektierten Lichts bspw. um den Betrag nach mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 30°, besonders bevorzugt mindestens 40°, verkippt sein, wobei mögliche Obergrenzen (davon unabhängig) bspw. bei höchstens 120°, vorzugsweise höchstens 110°, besonders bevorzugt höchstens 100°, liegen können. Bevorzugt kann eine diffuse Reflexion sein. Als „Hauptausbreitungsrichtung“ des jeweiligen Lichts wird jeweils jene Richtung betrachtet, die sich als Mittelwert sämtlicher Richtungsvektoren ergibt, entlang welcher sich das jeweilige Licht ausbreitet, wobei bei dieser Mittelwertbildung jeder Richtungsvektor mit der ihm zugehörigen Lichtstärke gewichtet wird (jede Richtung, in die sich das jeweilige Licht ausbreitet, kann als Vektor beschrieben werden, dem eine Lichtstärke zugeordnet werden kann).
Generell kann die Reflexion bspw. auch an einer auf das Substratblatt aufgebrachten Reflexionsschicht erfolgen, bevorzugt ist das Substratblatt selbst reflektiv, etwa aufgrund eingebetteter Reflexionspartikel. Generell soll der Reflexionsgrad in dem reflektierenden Teilbereich bspw. bei mindestens 80 %, in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 85 %, 90 % bzw. 95 %, liegen (über den sichtbaren Spektralbereich von 380 μm bis 780 μm gemittelt); eine Obergrenze kann bspw. bei 99,9 % liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich zu dem Mehrlagensubstrat ein weiteres flächiges Substrat vorgesehen, dessen einander entgegengesetzte Außenseitenflächen mit jeweils mindestens einer LED bestückt sind. Vorzugsweise ist das weitere Substrat ebenfalls ein aus dem Substratblatt gebildetes Mehrlagensubstrat und sollen sämtliche bezüglich des ersten Mehrlagensubstrats offenbarten Angaben auch das zweite Mehrlagensubstrat betreffend offenbart sein; im Folgenden wird gleich wohl auf das „weitere Substrat“ Bezug genommen. Das Mehrlagensubstrat und das weitere Substrat sind „zusammengesetzt“, also als zuvor gesonderte Teile zusammengesteckt. Dazu ist zumindest eines der Substrate mit einem es in Dickenrichtung durchsetzenden Schlitz versehen, in welchen das andere eingeschoben ist.
Vorzugsweise sind beide Substrate mit jeweils einem Schlitz, der das jeweilige Substrat in Dickenrichtung durchsetzt, versehen. Je Substrat erstreckt sich der jeweilige Schlitz in einer der Flächenrichtungen von einem Außenrand bis zu einem Punkt auf dem jeweiligen Substrat. Die Schlitze haben jeweils eine gerade Erstreckung (in Schlitzrichtung), senkrecht zu der jeweiligen Dickenrichtung, und die Substrate werden dann in Schlitzrichtung ineinander gesteckt. Das Mehrlagensubstrat (also das erste Substrat) ist dann in dem Schlitz im weiteren Substrat angeordnet, und umgekehrt. Bevorzugt ist eine Anordnung derart, dass sich die Schlitzrichtung jeweils parallel zu einer nachstehend in Bezug genommenen Hüllkolben-Längsachse erstreckt, die Schlitze besonders bevorzugt damit zusammenfallen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Mehrlagensubstrat geschlitzt und ist das weitere Substrat (das auch seinerseits geschlitzt sein kann, siehe vorne) in diesen Schlitz eingeschoben. Der Schlitz kann dann bevorzugt in einem Bereich des Mehrlagensubstrats angeordnet sein, in dem aus dem Substratblatt nur eine einzige Substratlage gebildet ist, der also nicht mehrlagig ist.
Andererseits kann auch eine Anordnung des Schlitzes in dem aus dem Substratblatt gebildeten, mehrlagigen Bereich des Mehrlagensubstrats bevorzugt sein; der Schlitz durchsetzt dann also die mindestens zwei Substratlagen in der Dickenrichtung. Dies kann etwa hinsichtlich der Stabilität Vorteile bieten.
In bevorzugter Ausgestaltung erstrecken sich das Mehrlagensubstrat und das weitere Substrat zumindest mit jenen Bereichen, in denen jeweils die LEDs angeordnet sind, schräg zueinander, vorzugsweise rechtwinklig zueinander. Infolge dieser Anordnung sind die LED-Hauptausbreitungsrichtungen einer der LEDs des Mehrlagensubstrats und einer der LEDs des weiteren Substrats zueinander um vorzugsweise mindestens 80°, besonders bevorzugt mindestens 85°, und (davon unabhängig) um bevorzugt höchstens 100°, weiter bevorzugt höchstens 95°, verkippt. Vorzugsweise kann jede der LEDs mindestens einem solchen Paar mit einer der LEDs des jeweilig anderen Substrats zugeordnet werden.
Bei einer zu den zusammengesteckten Substraten alternativen Ausführungsform ist das Mehrlagensubstrat mit einem Reflektor zusammengesetzt, der für sich von LEDs frei ist, auf dem also keine LEDs vorgesehen sind. Dabei ist der Reflektor und/oder das Mehrlagensubstrat mit einem Schlitz versehen, in welchen das jeweilig andere Einzelteil (Mehrlagensubstrat oder Reflektor) eingeschoben ist. Bevorzugt sind beide geschlitzt und ist der Reflektor in das Mehrlagensubstrat eingeschoben, und umgekehrt. Hinsichtlich der Ausgestaltung des Schlitzes wird auf die vorstehende Offenbarung zum geschlitzten Substrat verwiesen, die auch für den Reflektor offenbart sein soll.
Der Reflektor soll bspw. eine (über den sichtbaren Spektralbereich gemittelte) Reflektivität von mindestens in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt 80 %, 85 %, 90 % bzw. 95 % haben; eine Obergrenze kann bspw. bei höchstens 99,9 % liegen. Der Reflektor wird bevorzugt mit einem im Gesamten planen Mehrlagensubstrat kombiniert, besonders bevorzugt in dazu rechtwinkliger Anordnung (der Reflektor und das Mehrlagensubstrat schneiden sich im rechten Winkel). In den so gebildeten vier Quadranten ist dann vorzugsweise jeweils mindestens eine der LEDs auf dem Mehrlagensubstrat angeordnet, von welcher jeweils mindestens 20 %, in diese Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 25 %, 30 %, 35 % bzw. 40 %, des gesamten, davon emittierten Lichts auf den Reflektor fallen und davon reflektiert werden. Der Reflektor verteilt das Licht in die originär kaum oder gar nicht versorgten Flächenrichtungen des Mehrlagensubstrats um.
Der Reflektor ist bevorzugt ein im Gesamten planes Teil und kann im Allgemeinen bspw. auch aus Metall vorgesehen sein. Bevorzugt ist ein Kunststoffmaterial, welches weiter bevorzugt aufgrund darin eingebetteter Einschlüsse, vorzugsweise Reflexionspartikeln, in seiner Reflektivität optimiert ist. Der Reflektor kann bspw. aus Polybutylenterephthalat (PBT) vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mehrlagensubstrat mit den LEDs derart in dem Hüllkolben angeordnet, dass die LED-Hauptausbreitungsrichtungen mit einer zu der Hüllkolben-Längsachse parallelen, vom Sockel in Richtung Hüllkolben weisenden Längsrichtung einen Winkel von dem Betrag nach mindestens 80°, vorzugsweise mindestens 85°, und höchstens 100°, vorzugsweise höchstens 95°, einschließen; besonders bevorzugt stehen die LED-Hauptausbreitungsrichtungen jeweils senkrecht auf der Hüllkolben-Längsrichtung. Die Hüllkolben-Längsachse durchsetzt den Sockel; vorzugsweise ist der Hüllkolben um die Längsachse drehsymmetrisch, besonders bevorzugt rotationssymmetrisch. Es sollen mindestens zwei der LEDs entsprechend angeordnet sein, vorzugsweise mindestens vier der LEDs; bevorzugt kann auch sein, dass sämtliche der auf dem Mehrlagensubstrat montierten LEDs entsprechend angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der LEDs derart angeordnet, dass ihre LED-Hauptausbreitungsrichtung mit der Hüllkolben-Längsrichtung einen Winkel von dem Betrag nach höchstens 10°, vorzugsweise höchstens 5°, weiter bevorzugt höchstens 2,5°, einschließt, besonders bevorzugt parallel dazu liegt (Winkel von 0°). Die entsprechende LED ist also auf einem Teilbereich des Mehrlagensubstrats angeordnet, der gegenüber dem übrigen Mehrlagensubstrat entsprechend verkippt ist. Eine Flächennormale auf diesen Teilbereich, und zwar auf die Seitenfläche, auf welcher die LED angeordnet ist, ist also gegenüber der Hüllkolben-Längsrichtung entsprechend wenig verkippt (höchstens 10°, vgl. die vorstehenden Gradangaben bzgl. weiterer bevorzugter Werte). Dieser Teilbereich ist vorzugsweise für sich plan.
Bevorzugt ist ein entsprechender Teilbereich mit einer das Substratblatt in dessen Dickenrichtung durchsetzenden Trennfuge vom übrigen Substratblatt teilweise abgetrennt, also noch über einem Brückenbereich damit verbunden. Um diesen Brückenbereich als Scharnier ist der Teilbereich dann gegenüber dem übrigen Mehrlagensubstrat entsprechend verkippt.
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 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 (Innenund 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.
Wie bereits eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Herstellungsverfahren. Dabei wird das Substratblatt mit den darauf montierten LEDs zum Bilden des Mehrlagensubstrats auf sich selbst zurückgelegt, vorzugsweise zurückgefaltet. Im Übrigen wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen, die ausdrücklich auch hinsichtlich der Herstellung offenbart sein sollen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist an dem Substratblatt eine Metallisierung vorgesehen, die beim Zurücklegen des Substratblatts lokal plastisch verformt wird und das Substratblatt so in der auf sich selbst zurückgelegten Anordnung stabilisiert. Diese Metallisierung können bspw. die Leiterbahnstruktur bildende Leiterbahnen sein, sie kann jedoch andererseits auch gesondert dazu vorgesehen sein, also nicht der elektrischen Kontaktierung der LEDs dienen. Auch im letztgenannten Fall ist die Metallisierung bevorzugt aus derselben Schicht aufgebaut wie die Leiterbahnen, werden also Metallisierung und Leiterbahnen in denselben Schritten aufgebracht.
Im bevorzugten Fall des Zurückfaltens erstreckt sich die Metallisierung über die Falzlinie hinweg und wird sie im Bereich dieser lokal plastisch verformt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, 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 erstes erfindungsgemäßes Leuchtmittel mit einem Mehrlagensubstrat;
2 ein Substratblatt, aus dem das Mehrlagensubstrat des Leuchtmittels gemäß 1 gefaltet ist;
3 eine Aufsicht auf das Mehrlagensubstrat des Leuchtmittels gemäß 1, entlang einer Hüllkolben-Längsachse darauf blickend;
4 ein weiteres erfindungsgemäßes Leuchtmittel mit zwei, jeweils aus einem Substratblatt gemäß 3 gefalteten, ineinander gesteckten Mehrlagensubstraten;
5 ein weiteres erfindungsgemäßes Leuchtmittel, wobei das Mehrlagensubstrat mit einem Reflektor zusammengesetzt ist;
6 eine Aufsicht auf das Mehrlagensubstrat und den Reflektor gemäß 5, entlang einer Hüllkolben-Längsachse blickend;
7 ein Substratblatt, aus dem das Mehrlagensubstrat gemäß den 5 und 6 gefaltet ist;
8 ein aus dem Substratblatt gemäß 7 gefaltetes Mehrlagensubstrat mit einem Träger in einem schematischen Schnitt;
9 eine Aufsicht auf zwei ineinander gesteckte Mehrlagensubstrate gemäß 7, entlang der Hüllkolben-Längsachse darauf blickend;
10 verschiedene Schritte der Herstellung des Leuchtmittels gemäß 5;
11 ein weiteres Mehrlagensubstrat für ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel, wobei eine der LEDs entlang der Hüllkolben-Längsachse ausgerichtet ist;
12 das Substratblatt für das Mehrlagensubstrat gemäß 11.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Leuchtmittel 1 in einer Schrägansicht. Auf einem Mehrlagensubstrat 2 sind LEDs 3 montiert, und zwar auf beiden Außenseitenflächen 4 des Mehrlagensubstrats 2, von welchen jedoch darstellungsbedingt nur die vordere Außenseitenfläche 4a sichtbar ist. Bei dem Leuchtmittel 1 handelt es sich um einen Ersatz für eine konventionelle Glühlampe, das Mehrlagensubstrat 2 mit den LEDs 3 ist in einem Hüllkolben 5 angeordnet, der hier geschnitten dargestellt und in realiter mattiert ist. An den Hüllkolben 5 schließt ein Sockel 6 (E27-Schraubsockel) an, mit welchem die LEDs 3 über zwei Anschlussdrähte 7 und eine im Sockel 6 angeordnete Treiberelektronik (nicht sichtbar) elektrisch betreibbar verbunden sind.
2 zeigt ein Substratblatt 21 aus Polyethylenterephthalat (PET) mit einer (senkrecht zur Zeichenebene) genommenen Dicke von 300 μm. Die in 2 gezeigte Form kann aus einem entsprechenden Flächenmaterial bspw. durch Stanzen oder Laserschneiden herausgearbeitet werden. Anschließend oder auch zuvor (noch auf das Flächenmaterial) wird eine nicht dargestellte Kupferschicht auf das Substratblatt aufgebracht, aus der dann eine Leiterbahnstruktur herausgearbeitet wird. Dazu kann die Kupferschicht bspw. mit einem Fotolack maskiert und dieser dann belichtet und lokal geöffnet werden; in einem anschließenden Ätzprozess liegen die zwischen den Leiterbahnen angeordneten Bereiche frei und werden entsprechend entfernt, es verbleibt die Leiterbahnstruktur.
Anschließend werden die LEDs 3 auf dem Substratblatt 21 montiert, und zwar vorliegend vier LEDs 3 in den in 2 strichliert gekennzeichneten Bereichen. Zum Bilden des Mehrlagensubstrats 2 wird das Substratblatt 21 anschließend zweimal auf sich selbst zurückgefaltet, und zwar jeweils um eine in 2 noch strichliert angedeutete Falzlinie 22. Danach sind sowohl auf der sichtbaren vorderen Außenseitenfläche 4a als auch auf der entgegengesetzten hinteren Außenseitenfläche 4b jeweils zwei LEDs angeordnet. Die aus dem Substratblatt 21 gebildeten Substratlagen sind über eine Klebstoffschicht stoffschlüssig miteinander verbunden, wozu jeweils der auf das übrige Substratblatt zurückgefaltete Bereich vor dem Zurückfalten mit einem Klebstofffilm beschichtet wird (an der in 2 nicht sichtbaren Rückseite).
Anschließend wird das Mehrlagensubstrat 2 noch insgesamt vier Mal gefaltet (nicht vollständig auf sich selbst zurück) und damit in insgesamt fünf Teilbereiche 2a–e untergliedert. Der Teilbereich 2e ist dabei LED-frei, in den übrigen Teilbereichen 2a–d ist jeweils eine der LEDs 3 angeordnet. Nächstbenachbarte Teilbereiche, bspw. der Teilbereich 2e und der Teilbereich 2c oder der Teilbereich 2e und der Teilbereich 2a, sind jeweils über einen Brückenbereich 31 miteinander verbunden. Die Brückenbereiche 31 sind jeweils aus dem Substratblatt 21 gebildet; das Mehrlagensubstrat 2 ist in den Brückenbereichen 31 jeweils einlagig.
Aufgrund der Anordnung der LEDs 3 in den zueinander verkippten Teilbereichen 2a–d sind die LED-Hauptausbreitungsrichtungen 32, mit welchen die LEDs 3 das Licht jeweils schwerpunktmäßig emittieren, zueinander verkippt. Es werden nicht nur zwei einander entgegengesetzte Richtungen schwerpunktmäßig versorgt, sondern auch zwei dazu senkrechte Richtungen. Dies ergibt bereits eine gewisse Homogenisierung der Lichtverteilung hinsichtlich eines Umlaufs um eine Längsachse 33 des Hüllkolbens 5 (vgl. 1 zur Illustration).
Eine gewisse weitere Homogenisierung kann mit dem Teilbereich 2e erreicht werden, auf den von zweien der LEDs 3 ein Teil des Lichts fällt und so umverteilt wird.
Von der Relativanordnung der Teilbereiche 2a–e abgesehen ist in 3 ferner zu erkennen, wie durch das Zurückfalten des Substratblatts 21 auf sich selbst ein bereichsweise mehrlagiges Substrat 2 gebildet ist. Das Substratblatt ist um die Falzlinien 22 auf sich selbst zurückgefaltet und im Ergebnis beidseitig LED-bestückt, also an beiden einander entgegengesetzten Außenseitenflächen 4a, b.
4 zeigt eine Anordnung mit zwei solchen Mehrlagensubstraten 2, die ineinander gesteckt sind. Dazu ist jedes der Mehrlagensubstrate 2 mit einem Schlitz 41 versehen, der bereits bei der Form des Substratblatts 21 berücksichtigt ist, vgl. 2. Es ist dann das eine Mehrlagensubstrat 2 in den Schlitz 41 des anderen Mehrlagensubstrats 2 eingeschoben, und umgekehrt.
5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Leuchtmittel 1 mit einem LED-bestückten Mehrlagensubstrat 2, das in einem Hüllkolben 5 angeordnet ist, wobei die LEDs 3 über den Sockel 6 elektrisch kontaktierbar sind. Auch in diesem Fall handelt es sich um einen E27-Sockel und ist das Leuchtmittel 1 ein Ersatz für eine konventionelle Glühlampe. Die Treiberelektronik ist in diesem Fall auf dem Mehrlagensubstrat 2 angeordnet (aber nicht dargestellt).
Der Hüllkolben 5 ist aus Kunststoff vorgesehen. Dieser ist vorliegend klar dargestellt, ist in realiter jedoch mattiert. Zwischen dem Hüllkolben 5 und dem Sockel 6 ist ein Gehäuseteil 50 angeordnet. Die Hüllkolben-Längsachse 33 erstreckt sich durch das Leuchtmittel 1 und durchsetzt den Sockel 6 und den Hüllkolben 5. Ferner weist das Leuchtmittel 1 einen Kühlkörper 51 aus Aluminium auf, welcher einer Abfuhr der von den LEDs 3 erzeugten Wärme dient. Dazu liegt der Kühlkörper 51 mit vier Federn 101 (vgl. auch 10) jeweils flächig an dem Mehrlagensubstrat 2 an. Der Kühlkörper 51 liegt an dem Gehäuseteil 50 an, welches eine Außenfläche 52 des Leuchtmittels 1 bildet. Der Kühlkörper 51 hat einen thermischen Widerstand R_th von ca. 5 K/W.
Das Mehrlagensubstrat 2 des Leuchtmittels 1 gemäß 5 ist mit einem Reflektor 55 zusammengesetzt, der in einen Schlitz in dem Mehrlagensubstrat 2 eingeschoben und dabei auch seinerseits geschlitzt ist, sodass das auch das Mehrlagensubstrat 2 ein Stück weit in den Reflektor 55 eingeschoben ist. Das Mehrlagensubstrat 2 ist in diesem Fall im Gesamten plan, sodass die auf den beiden einander entgegengesetzten Außenseitenflächen 4 angeordneten LEDs 3 das Licht schwerpunktmäßig in zwei aneinander entgegengesetzte Richtungen emittieren, die Flächenrichtungen des Mehrlagensubstrats 2 jedoch kaum bzw. gar nicht versorgt werden.
Die Aufsicht gemäß 6 illustriert die kreuzförmige Anordnung von Mehrlagensubstrat 2 und Reflektor 55 und insbesondere auch die Relativanordnung der LEDs 3. Eine erste 3aa und dritte LED 3ab sind auf derselben Seitenfläche 4a des Mehrlagensubstrats 2 angeordnet; auf der dazu entgegengesetzten Seitenfläche 4b sind eine zweite 3ba und vierte LED 3bb angeordnet. Jede der LEDs 3 emittiert das Licht mit einer jeweiligen LED-Hauptausbreitungsrichtung 32. Die LED-Hauptausbreitungsrichtungen 32aa, 32ab der ersten 3aa und dritten LED 3ab sind zueinander parallel und zu den LED-Hauptausbreitungsrichtungen 32ba, 32bb der zweiten 3ba und vierten LED 3bb entgegengesetzt.
Mit den einander entgegengesetzten LED-Hauptausbreitungsrichtungen 32 würde jedoch in der Darstellung gemäß 6 schwerpunktmäßig Licht nach oben und unten abgegeben, wären die linke und rechte Seite jedoch unterversorgt. In einem Bezugssystem des Mehrlagensubstrats 2 wäre also vorrangig eine Dickenrichtung 61 versorgt, blieben die Flächenrichtungen 62 hingegen unter- bzw. gar nicht versorgt. Um Licht in die Flächenrichtungen 62 umzuverteilen, ist deshalb der Reflektor 55 vorgesehen, der als monolithisches Kunststoffteil, z. B. aus Polybutylenterephthalat (PBT), ausgeführt ist; aufgrund in das Kunststoffmaterial eingebetteter Reflexionspartikel hat der Reflektor einen Reflexionsgrad von ca. 90 % bis 98 %.
Von jeder der LEDs 3 fällt nun ein Teil des Lichts auf den Reflektor 55 und wird daran reflektiert, und zwar jeweils ein Anteil von ca. 40 %. Der Reflektor 55 reflektiert das Licht dabei diffus, weswegen eine jeweilige Hauptausbreitungsrichtung 63 des jeweilig reflektierten Lichts dann näherungsweise rechtwinklig zu der jeweiligen LED-Hauptausbreitungsrichtung 32 liegt. Das reflektierte Licht wird also schwerpunktmäßig in die Flächenrichtungen 62 verteilt, die originär kaum oder gar nicht versorgt sind.
7 zeigt das Substratblatt 21, aus dem das Mehrlagensubstrat 2 gemäß den 5 und 6 gefaltet ist. In diesem Fall ist das gefaltete Mehrlagensubstrat 2 dann im Gesamten mehrlagig, erstrecken sich die Substratlagen also jeweils über das gesamte Mehrlagensubstrat 2. Das Substratblatt 21 ist im Wesentlichen quadratisch, und es wird daraus durch das Zurückfalten auf sich selbst um die strichliert angedeutete Falzlinie 22 ein rechteckiges Mehrlagensubstrat 2 gebildet. Hinsichtlich der Beschaffenheit des Substratblatts 21 und der darauf angeordneten Leiterbahnen wird ausdrücklich auf die vorstehende Beschreibung zu 2 verwiesen. Generell bezeichnen im Rahmen dieser Offenbarung dieselben Bezugzeichen Teile mit derselben Funktion und wird insoweit auch jeweils auf die Beschreibung zu den anderen Figuren verwiesen.
Das Substratblatt 21 ist mit zwei Schlitzen 71 versehen, die durch das Zurückfalten in Deckung miteinander gebracht werden. In den resultierenden Schlitz kann dann der Reflektor 55 eingeschoben werden.
8 zeigt ein weiteres aus dem Substratblatt 21 gemäß 7 gefaltetes Mehrlagensubstrat 2. Das Mehrlagensubstrat 2 gemäß 8 weist einen Träger 80 auf, nämlich eine Aluminiumplatte. Diese dient zugleich einer mechanischen Stabilisierung der aus dem Substratblatt 21 gebildeten Substratlagen 81 und einer verbesserten Wärmeabfuhr von den LEDs 3. Ferner sind in diesem schematischen Schnitt zwei Fügeverbindungsschichten 82 zu erkennen, nämlich beidseits des Trägers 80. Mit jeder der Fügeverbindungsschichten 82 ist jeweils eine der Substratlagen 81 stoffschlüssig mit dem Träger 80 und damit auch mit dem übrigen Mehrlagensubstrat 2 verbunden.
Zur Herstellung kann auf eine Seitenfläche 83 des Substratblatts 21, welche der dann die Außenseitenflächen 4 des Mehrlagensubstrats 2 bildenden Seitenfläche 84 entgegengesetzt liegt, ein Klebstofffilm aufgebracht werden. Anschließend wird das Substratblatt 21 um den Träger 80 und so auf sich selbst zurückgefaltet. Dabei sind bereits die LEDs 3 auf dem Substratblatt 21 montiert und jeweils elektrisch leitend mit auf dessen Seitenfläche 84 angeordneten Leiterbahnen 85a, b verbunden (etwa über ein Niedrigtemperatur-Lot oder einen leitfähigen Klebstoff).
9 zeigt zwei jeweils aus einem Substratblatt 21 gemäß 7 gefaltete Mehrlagensubstrate 2, die ineinander gesteckt sind. Es ist also das eine Mehrlagensubstrat 2 in den Schlitz des anderen Mehrlagensubstrats 2 gesteckt, und umgekehrt. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß 6 ist also kein Reflektor 55, sondern ein zweites Mehrlagensubstrat 2 vorgesehen. Durch die zueinander rechtwinklige Anordnung der Mehrlagensubstrate 2 werden bereits originär vier Richtungen schwerpunktmäßig versorgt.
10 veranschaulicht den Zusammenbau des Leuchtmittels 1 gemäß 5 in mehreren Schritten. Zunächst sind der Hüllkolben 5, der Reflektor 55 und das Mehrlagensubstrat 2 gesonderte Teile. Ferner ist auch der Kühlkörper 51 aus zwei zunächst gesonderten Kühlkörperteilen 51a, b vorgesehen (10a). In einem ersten Schritt werden die beiden Kühlkörperteile 51a, b an das Mehrlagensubstrat 2 gesetzt, wird also der Kühlkörper 51 in seiner Position an dem Mehrlagensubstrat 2 zusammengesetzt (10b).
Mit dem Zusammensetzen des Kühlkörpers 51 legen sich am Kühlkörper 51 vorgesehene Federn 101 an das Mehrlagensubstrat 2 an. Ferner ist in dem Mehrlagensubstrat 2 eine Nut 53 vorgesehen (vgl. 5 im Detail), in welche der Kühlkörper 51 eingreift. Das Mehrlagensubstrat 2 und der Kühlkörper 51 sind so in ihrer Relativposition in Bezug auf die Hüllkolben-Längsachse 33 festgelegt.
Auch das Gehäuseteil 50 und der Sockel 6 sind zunächst gesonderte Teile, die zusammengesetzt werden (10b). In einem nächsten Schritt wird die Einheit aus dem Mehrlagensubstrat 2 mit dem Kühlkörper 51 in das Gehäuseteil 50 eingepresst (entlang der Hüllkolben-Längsachse 33) und ist dann durch Übermaßpassung darin gehalten (10c).
Anschließend werden der Reflektor 55 und das Mehrlagensubstrat 2 zusammengesetzt, wozu in dem Reflektor 55 ein Schlitz 102 und auch in dem Mehrlagensubstrat ein Schlitz 103 vorgesehen ist. Mehrlagensubstrat 2 und Reflektor 55 werden in Schlitzrichtung 104 zusammengesteckt (10c/d), wobei auch in dem Kühlkörper 51 ein den Reflektor 55 berücksichtigender Schlitz 106 vorgesehen ist.
In einem letzten Schritt (10d) wird dann der Hüllkolben 5 mit einer Bewegung entlang der Hüllkolben-Längsachse 33 angesetzt, und zwar ein Stück weit in das Gehäuseteil 50 eingesetzt. Der Hüllkolben 5 ist dann formschlüssig in dem Gehäuseteil 50 gehalten.
11 zeigt ein weiteres Mehrlagensubstrat 2, welches weitgehend den anhand der 1 und 3 erläuterten Mehrlagensubstrate 2 entspricht. Die LEDs 3a sind dementsprechend mit ihrer jeweiligen LED-Hauptausbreitungsrichtung 32a jeweils senkrecht zur Hüllkolben-Längsrichtung orientiert. Im Übrigen wird auch auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Auf dem Mehrlagensubstrat 2 gemäß 11 ist zusätzlich eine weitere LED 3b vorgesehen, deren LED-Hauptausbreitungsrichtung 32b parallel zur Hüllkolben-Längsrichtung liegt. Die Hüllkolben-Längsrichtung ist parallel zur Hüllkolben-Längsachse 33 und weist in 11 nach oben. Mit der entsprechend orientierten LED 3b werden schwerpunktmäßig Richtungen um die Hüllkolben-Längsachse 33 versorgt.
12 zeigt das Substratblatt 21, aus dem das Mehrlagensubstrat 2 gemäß 11 gefaltet ist. Auch insoweit wird auf die vorstehende Beschreibung, insbesondere zu 2, verwiesen. Zusätzlich dazu ist ein Teilbereich 120 mit einer Trennfuge 121 vom übrigen Substratblatt 21 teilweise abgetrennt, also noch über einen Brückenbereich 122 damit verbunden. Auf diesem Teilbereich 120 wird die LED 3b angeordnet, der Teilbereich 120 wird um den Brückenbereich 122 als Scharnier gefaltet, in der Figur um 90° nach hinten. Der Brückenbereich 122 fällt dann also mit einer Falzlinie zusammen.

Claims

Leuchtmittel (1) mit einer Mehrzahl LEDs (3) zur Emission von Licht, einem flächigen Mehrlagensubstrat (2), das zwischen zwei einander entgegengesetzten Außenseitenflächen (4) zumindest bereichsweise aus mindestens zwei Substratlagen (81) aufgebaut ist, auf welchem Mehrlagensubstrat (2) die LEDs (3) montiert sind und das eine Leiterbahnstruktur (85) trägt, mit der die LEDs (3) elektrisch leitend verbunden sind, einem für das von den LEDs (3) emittierte Licht transmissiven Hüllkolben (5), in welchem das Mehrlagensubstrat (2) mit den LEDs (3) angeordnet ist, und einem Sockel (6), mit welchem die LEDs (3) über die Leiterbahnstruktur (85) elektrisch betreibbar verbunden sind, wobei die mindestens zwei Substratlagen (81) aus einem flächigen Substratblatt (21) gebildet sind, welches auf sich selbst zurückgelegt ist, und wobei auf einer Seitenfläche (84) des Substratblatts (21), welche Seitenfläche (84) aufgrund des Zurückgelegtseins des Substratblatts (21) jeweils zumindest anteilig die zwei Außenseitenflächen (4) des Mehrlagensubstrats (2) bildet, die LEDs (3) derart montiert sind, dass auf beiden der zwei Außenseitenflächen (4) des Mehrlagensubstrats (2) jeweils mindestens eine der LEDs (3) montiert ist.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1, bei welchem das Substratblatt (21) um eine Falzlinie (22) auf sich selbst zurückgefaltet ist und beidseits der Falzlinie (22) jeweils mindestens eine der LEDs (3) montiert ist.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Mehrlagensubstrat (2) eine Fügeverbindungsschicht (82) aufweist, über welche die aus dem Substratblatt (21) gebildeten Substratlagen (81) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Substratblatt (21) eine Dicke von mindestens 150 µm und höchstens 500 µm hat und die Leiterbahnstruktur (85) bildende Leiterbahnen (85a, b) jeweils eine Dicke von mindestens 20 µm und höchstens 100 µm haben.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Mehrlagensubstrat (2) einen Träger (80) aufweist, der zumindest bereichsweise zwischen den aus dem Substratblatt (21) gebildeten Substratlagen (81) angeordnet ist, wobei der Träger (80) eine höhere Biegesteifigkeit als das Substratblatt (21) hat.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem das Mehrlagensubstrat (2) in mindestens zwei Teilbereiche (2a–e) unterteilt ist, wovon zueinander jeweils nächstbenachbarte Teilbereiche (2a–e) jeweils zueinander verkippt und über einen aus dem Substratblatt (21) gebildeten Brückenbereich (31) miteinander verbunden sind.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 6, bei welchem zumindest einer der LEDs (3), die ihrerseits in einem (2a–d) der Teilbereiche (2a–e) angeordnet ist, ein anderer (2e) der Teilbereiche (2a–e) derart zugeordnet ist, dass auf den anderen Teilbereich (2e) mindestens 10 % des von der zumindest einen LED (3) emittierten Lichts fallen und daran reflektiert werden.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem weiteren flächigen Substrat (2), welches beidseitig mit jeweils mindestens einer LED (3) bestückt ist, welches weitere Substrat (2) mit dem Mehrlagensubstrat (2) zusammengesetzt ist, wozu zumindest eines der Substrate (2) mit einem dieses in Dickenrichtung (61) durchsetzenden Schlitz (41) versehen ist, in welchen das andere der Substrate (2) eingeschoben ist.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 8, bei welchem der Schlitz (41) in dem Mehrlagensubstrat (2) vorgesehen ist, und zwar in einem Bereich davon, in dem aus dem Substratblatt (21) nur eine einzige Substratlage (81) gebildet ist, welche der Schlitz (41) in der Dickenrichtung (61) durchsetzt.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem sich das Mehrlagensubstrat (2) und das weitere Substrat (2) zumindest mit jeweils einem der Bereiche, in denen jeweils die LEDs (3) angeordnet sind, schräg zueinander, vorzugweise rechtwinklig zueinander, erstrecken.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einem für sich LED-freien Reflektor (55), wobei der Reflektor (55) und das Mehrlagensubstrat (2) als zuvor gesonderte Einzelteile (2, 55) zusammengesetzt sind, wozu zumindest eines der Einzelteile (2, 55) mit einem dieses in Dickenrichtung durchsetzenden Schlitz (102, 103) versehen ist, in welchen das andere der Einzelteile (2, 55) eingeschoben ist.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Hüllkolben (5) eine Längsachse (33) hat und mindestens zwei der LEDs (3, 3a) relativ dazu so angeordnet sind, dass von jeder der mindestens zwei LEDs (3, 3a) eine jeweilige LED-Hauptausbreitungsrichtung (32b), mit welcher die jeweilige LED (3, 3a) das Licht emittiert, mit einer zu der Hüllkolben-Längsachse (33) parallelen, von dem Sockel (6) in Richtung des Hüllkolbens (5) weisenden Längsrichtung einen Winkel von dem Betrag nach mindestens 80° und höchstens 100° einschließt.
Leuchtmittel (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem der Hüllkolben (5) eine Längsachse (33) hat und mindestens eine der LEDs (3) relativ dazu so angeordnet ist, dass eine LED-Hauptausbreitungsrichtung (32b), mit welcher die mindestens eine LED (3b) das Licht emittiert, mit einer zu der Hüllkolben-Längsachse (33) parallelen, von dem Sockel (6) in Richtung des Hüllkolbens (5) weisenden Längsrichtung einen Winkel von dem Betrag nach höchstens 10° einschließt.
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 (33) 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 (51), der in direktem thermischen Kontakt mit dem Mehrlagensubstrat (2) vorgesehen ist und eine Außenfläche des Leuchtmittels (1) bildet oder in direktem thermischen Kontakt mit einem eine Außenfläche (52) des Leuchtmittels (1) bildenden Teil (50) vorgesehen ist, wobei der Kühlkörper (51) einen thermischen Widerstand R_th von höchstens 25 K/W hat.
Leuchtmittel (1) nach Anspruch 15, bei welchem der Kühlkörper (51) aus mindestens zwei Teilen (51a, b) zusammengesetzt ist, welche Kühlkörperteile (51a, b) das Mehrlagensubstrat (2) gemeinsam umschließen.
Leuchtmittel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welchem der Hüllkolben (5) 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 Mehrlagensubstrat (2) vollständig innerhalb des Füllgasvolumens angeordnet ist und vorzugsweise frei von einer Treiberelektronik ist.
Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: – Vorsehen des flächigen Substratblatts (21); – Montieren der LEDs (3) auf der Seitenfläche (84) des Substratblatts (21); – Zurücklegen des Substratblatts (21) mit den darauf montierten LEDs (3) auf sich selbst zum Bilden des Mehrlagensubstrats (2) derart, dass auf beiden der zwei Außenseitenflächen (4) jeweils mindestens eine der LEDs (3) montiert ist.
Verfahren nach Anspruch 19 zum Herstellen eines Leuchtmittels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei welchem an dem Substratblatt (21) zumindest bereichsweise eine Metallisierung vorgesehen ist, welche beim Zurücklegen des Substratblatts (21) auf sich selbst lokal plastisch verformt wird.