DE102016104546A1 - LED module with silicone lens - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED-Modul, umfassend: eine Trägerplatte aus einem kohlenstoffbasierten Polymer; Linsenelemente aus Silikon, welche mit der Trägerplatte verbunden sind; und mehrere LEDs, welche in Ausschnitten der Trägerplatte angeordnet sind, wobei jedem der Linsenelemente jeweils wenigstens eine LED zugeordnet ist.The invention relates to an LED module comprising: a carrier plate of a carbon-based polymer; Lens elements made of silicone, which are connected to the carrier plate; and a plurality of LEDs, which are arranged in cutouts of the carrier plate, wherein each of the lens elements is assigned at least one LED in each case.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul, welches beispielsweise in Innen- oder Außenleuchten eingesetzt wird, mit einer optisch hochwertigen Linse aus Silikon.The present invention relates to an LED module, which is used for example in indoor or outdoor lights, with a high-quality optical lens made of silicone.

LEDs (worunter alle Halbleiterlichtquellen einschließlich organischer Halbleiterlichtquellen zu verstehen sind) bilden langlebige Lichtquellen, die über Zeiträume von mehr als zehn Jahren in Verbindung mit optischen Elementen, wie Linsenoptiken, die für die gewünschte Lichtverteilung sorgen, eingesetzt werden.LEDs (by which all semiconductor light sources including organic semiconductor light sources are to be understood) form long-life light sources which are used for periods of more than ten years in conjunction with optical elements, such as lens optics, which provide the desired light distribution.

Allerdings sind die kostengünstigen Materialien für Linsenoptiken den Anforderungen an moderne Hochleistungs-LEDs über die langen Zeiträume, über welche die LEDs eingesetzt werden, häufig nicht gewachsen. Daher ist es häufig unvermeidbar, für Hochleistungs-LEDs als Linsenmaterial Silikon vorzusehen. Dieses Material ist im Vergleich zu kostengünstigeren Kunststoffen lichtbeständiger, vergilbt und versprödet nicht und schützt den Halbleiterchip vor Hitze, Kalte und anderen Belastungen wie Feuchtigkeit. Der Einsatz von UV-aktivierbarem Silikon bewirkt eine signifikante Helligkeitssteigerung der Leuchte. Diese Eigenschaften sind im Vergleich zu anderen Kunststoffen langzeitbeständiger. Ein Beispiel eines LED-Moduls mit einem Linsenarray aus Silikon ist in WO 2012/031703 A1 beschrieben. Allerdings erkauft man diese Vorteile durch wesentlich höhere Kosten. Im Vergleich zu Kunststoffmaterialien wie PMMA oder PC sind die Kosten für Silikon wesentlich höher.However, the low cost materials for lens optics are often unable to meet the demands of modern high power LEDs over the long periods of time over which the LEDs are deployed. Therefore, it is often unavoidable to provide silicone for high power LEDs as a lens material. This material is more lightfast, yellows and embrittles compared to less expensive plastics and protects the semiconductor chip from heat, cold and other stresses such as moisture. The use of UV-activated silicone causes a significant increase in brightness of the lamp. These properties are more durable in comparison to other plastics. An example of a LED module with a lens array of silicone is shown in FIG WO 2012/031703 A1 described. However, you can buy these benefits by significantly higher costs. Compared to plastic materials such as PMMA or PC, the cost of silicone is much higher.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein LED-Modul mit optisch hochwertigen Linsen zur Verfügung zu stellen, welches trotzdem kostengünstig herstellbar ist.Object of the present invention is to provide an LED module with optically high-quality lenses available, which is still inexpensive to produce.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein LED-Modul nach Anspruch 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren für ein LED-Modul nach Anspruch 12.The object is achieved by an LED module according to claim 1 and by a manufacturing method for an LED module according to claim 12.

Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen LED-Module besteht darin, dass für die Optik zwei verschiedene Materialien gewählt werden, wobei ein kostengünstigerer kohlenstoffbasierter Kunststoff als Träger für die Optik wirkt und nur der optisch aktive Teil der Linsenstruktur der LED-Module aus dem hochwertigen und kostenintensiveren Silikon gebildet ist.A special feature of the LED modules according to the invention is that two different materials are selected for the optics, wherein a cheaper carbon-based plastic acts as a carrier for the optics and only the optically active part of the lens structure of the LED modules made of high quality and more expensive silicone is.

Die LEDs erstecken sich durch Öffnungen in dem Trägermaterial, so dass sie jeweils einer Silikonlinse zugeordnet sind. Die Silikonlinse kann direkt anschließend an die LED oder mit einem Abstand zu der LED über der Aussparung in dem Träger, in der die LED angeordnet ist, mit dem Träger verbunden sein. Im Unterschied zu Vorschlägen aus dem Stand der Technik, welche bereits Linsenelemente aus einem Materialmix aus Silikon und einem anderen kostengünstigerem kohlenstoffbasierten Kunststoff vorgeschlagen, werden bei der vorliegenden Erfindung die Materialien nicht einfach gemischt, sondern das kostengünstige Material kommt nur als Träger zum Einsatz während das Silikon den optisch aktiven Bereich des LED-Moduls bildet. Dadurch ist gewährleistet, dass selbst bei einer altersbedingten Verschlechterung der Materialeigenschaften des Trägers die hochwertigen optischen Eigenschaften, insbesondere die Langzeitbeständigkeit, des LED-Moduls, nicht beeinträchtigt werden.The LEDs extend through openings in the substrate so that they are each associated with a silicone lens. The silicone lens may be connected to the carrier directly adjacent to the LED or spaced from the LED above the recess in the carrier in which the LED is disposed. Unlike prior art proposals, which have already proposed lens elements of a mixed material of silicone and another less expensive carbon-based plastic, in the present invention, the materials are not simply mixed, but the inexpensive material is used only as a carrier while the silicone is used forms the optically active region of the LED module. This ensures that even with age-related deterioration of the material properties of the carrier, the high-quality optical properties, in particular the long-term stability, of the LED module are not impaired.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das kohlenstoffbasierte Polymer aus PMMA, PC, PU oder PVC gebildet. Diese Materialien sind kostengünstig und deren optischen Eigenschaften wirken sich aufgrund der Verwendung als Trägermaterial nicht auf die optischen Eigenschaften des LED-Moduls als solches aus.According to a preferred embodiment, the carbon-based polymer is formed from PMMA, PC, PU or PVC. These materials are inexpensive and their optical properties do not affect the optical properties of the LED module as such due to its use as a substrate.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Linsenelemente Freiformlinsen, die strahlungsaufweitende und strahlungsbündelnde Eigenschaften kombinieren. Derartige Linsen werden für komplexe Anwendungen der LED-Module in Innen- oder Außenbeleuchtungen gewünscht. Aufgrund der hochwertigen optischen Eigenschaften der Silikon-Linsen lassen sich auch komplizierte Linsenformen mit dem Material realisieren. Vergleichbare Linsenformen aus PMMA oder PC hätten nicht die gleiche optische Eigenschaft, wie die Freiformlinse aus Silikon. Beispielsweise würden PMMA oder PC nicht die gleiche Formbeständigkeit nach dem Herstellen im Spritzgussverfahren haben, abgesehen davon, dass sie schneller als Silikon altern.According to a preferred embodiment, the lens elements comprise free-form lenses which combine radiation-expanding and radiation-bundling properties. Such lenses are desired for complex applications of the LED modules in indoor or outdoor lighting. Due to the high-quality optical properties of the silicone lenses, even complicated lens shapes can be realized with the material. Comparable lens molds made of PMMA or PC would not have the same optical properties as the free-form lens made of silicone. For example, PMMA or PC would not have the same dimensional stability after injection molding, except that they age faster than silicone.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Linsenelemente aus Silikon in Bezug auf die optische Achse der jeweils zugeordneten LED nicht rotationssymmetrisch. Vorzugsweise sind die Linsenelemente jedoch spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene, welche die optische Achse der LED enthält. Derartige Freiformlinsen eignen sich besonders zur Ausgestaltung einer Lichtverteilung, die sich in wenigstens einer Richtung weiter erstreckt als in einer dazu senkrechten Richtung. Beispielsweise kann eine Lichterteilung erzielt werden, die in einer C/180-Ebene oder einer dazu parallelen Ebene sich weiter erstreckt als in der dazu senkrechten C90/270-Ebene.According to a preferred embodiment, the lens elements made of silicone are not rotationally symmetrical with respect to the optical axis of the respective associated LED. Preferably, however, the lens elements are mirror symmetric with respect to a plane containing the optical axis of the LED. Such freeform lenses are particularly suitable for the design of a light distribution which extends in at least one direction further than in a direction perpendicular thereto. For example, a light distribution can be achieved that extends further in a C / 180 plane or a plane parallel thereto than in the C90 / 270 plane perpendicular thereto.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte Öffnungen auf, in welche Silikon eindringt, um die Linsenelemente an der Trägerplatte mechanisch zu halten. Ein derartiger Formschluss zum Halten der Linsen kann direkt beim Herstellungsprozess der Linsen auf der Trägerplatte erfolgen. Alternativ können die Linsenelemente auch in einem separaten Bearbeitungsschritt an der Trägerplatte befestigt werden. Beispielsweise können sich die Öffnungen in der Trägerplatte in einer Richtung zu der den Linsenelementen entgegengesetzten Seite im Querschnitt erweitern, so dass eine Hinterschneidung gebildet wird. Durch das Einfließen des Silikons von der Seite des Linsenelements zu der entgegengesetzten Seite wird dadurch ein Formschluss gebildet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, das Silikon auf der dem Linsenelement gegenüberliegenden Seite durch Heißverstemmen in der Art einer Niete an der Öffnung in der Trägerplatte zu befestigen. Es können auch beide Verfahren kombiniert werden. In jedem Fall ist durch diese Befestigungsart ein dauerhafter Halt zwischen dem Linsenelement und der Trägerplatte gewährleistet, der insbesondere auch in unmittelbarer Nähe des Lichtausschnitts für die LED wirkt. Dadurch ist eine präzise Positionierung des Linsenelements gegenüber der LED gewährleistet, selbst wenn andere Bereiche der Trägerplatte durch bauliche Toleranzen oder durch thermische Verzerrungen beeinträchtigt werden.According to a preferred embodiment, the carrier plate has openings into which silicone penetrates in order to mechanically hold the lens elements on the carrier plate. Such a form fit for holding the lenses can directly during the manufacturing process of the lenses on the support plate respectively. Alternatively, the lens elements can also be attached to the carrier plate in a separate processing step. For example, the openings in the carrier plate can expand in cross-section in a direction to the side opposite the lens elements, so that an undercut is formed. As a result of the inflow of the silicone from the side of the lens element to the opposite side, a positive connection is thereby formed. Alternatively, it can also be provided to fix the silicone on the side opposite the lens element by hot caulking in the manner of a rivet to the opening in the support plate. Both methods can also be combined. In any case, a permanent hold between the lens element and the carrier plate is ensured by this type of attachment, which also acts in particular in the immediate vicinity of the light section for the LED. This ensures a precise positioning of the lens element relative to the LED, even if other areas of the support plate are affected by structural tolerances or by thermal distortions.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die LEDs auf einem Printed Circuit Board, PCB, gehalten und elektrisch kontaktiert, und das PCB ist auf der den Linsenelementen entgegengesetzten Seite der Trägerplatte flächig mit der Trägerplatte verbunden. Beispielsweise kann die Trägerplatte an dem PCB in einer ähnlichen Weise montiert werden, wie vorhergehend in Bezug auf die Linsenelemente und die Trägerplatte beschrieben. Alternativ kann die Trägerplatte auch flächig auf den PCB angeklebt werden. Ein Vorteil dieser Konstruktion ist, dass die Trägerplatte gleichzeitig als elektrische Isolierung und mechanischer Schutz für die Leiterbahnen auf dem PCB dienen kann. Die Verwendung von hochwertigem Silikon für diese Aufgabe wäre demgegenüber eine Verschwendung von Kosten.According to a preferred embodiment, the LEDs are held on a printed circuit board, PCB, and electrically contacted, and the PCB is on the side opposite the lens elements of the support plate surface connected to the support plate. For example, the carrier plate may be mounted to the PCB in a similar manner as previously described with respect to the lens elements and the carrier plate. Alternatively, the carrier plate can also be glued flat on the PCB. An advantage of this design is that the carrier plate can serve as both electrical insulation and mechanical protection for the printed circuit traces on the PCB. The use of high-grade silicone for this task would be a waste of costs.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist auf einer Lichtaustrittsfläche des Linsenelements aus Silikon jeweils eine Schicht aus einem transparenten kohlenstoffbasierten Polymer, insbesondere PMMA, PC, SAN oder PU angeordnet. Diese Schicht kann zum mechanischen Schutz des Linsenelements aus Silikon dienen. Ferner kann diese Schicht auch optische Eigenschaften aufweisen, die zur Gesamtwirkung des Linsenelements beitragen. Im Herstellungsprozess kann die Schicht aus dem transparenten kohlenstoffbasierten Polymer vor einem Spritzgussprozess des Silikons in das Werkzeug eingebracht werden. Alternativ kann die Schicht aus transparentem kohlenstoffbasierten Polymer auch nachträglich auf die bereits vorgeformte Silikon-Linse aufgespritzt werden. Da das transparente kohlenstoffbasierte Polymer auf dem Linsenelement aus Silikon thermisch nicht so stark belastet ist, wie das darunterliegende Silikon des Linsenelements, wird dieser Teil des Linsenelements auch nicht so stark belastet, dass eine vorzeitige Alterung des transparenten kohlenstoffbasierten Polymers zu befürchten ist.According to a preferred embodiment, a layer of a transparent carbon-based polymer, in particular PMMA, PC, SAN or PU is arranged on a light exit surface of the lens element made of silicone. This layer can serve for the mechanical protection of the lens element made of silicone. Furthermore, this layer may also have optical properties that contribute to the overall effect of the lens element. In the manufacturing process, the layer of the transparent carbon-based polymer can be introduced into the mold before an injection molding process of the silicone. Alternatively, the layer of transparent carbon-based polymer can also be subsequently sprayed onto the already preformed silicone lens. Since the transparent carbon-based polymer on the lens element made of silicone is not thermally stressed as much as the underlying silicone of the lens element, this part of the lens element is also not so heavily loaded that premature aging of the transparent carbon-based polymer is to be feared.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand der LEDs zum jeweils nächsten Nachbarn mindestens 20 mm, vorzugsweise zwischen 25 mm und 50 mm. Dadurch werden die Lichtstromverluste der einzelnen LEDs in der Matrix durch die thermisch bedingten Effekte auf das Material der Trägerplatte verringert bzw. die Lichtausbeute der einzelnen LEDs erhöht.According to a preferred embodiment, the distance of the LEDs to the nearest neighbor is at least 20 mm, preferably between 25 mm and 50 mm. As a result, the luminous flux losses of the individual LEDs in the matrix are reduced by the thermally induced effects on the material of the carrier plate or the luminous efficacy of the individual LEDs is increased.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte zur Positionierung in einem Spritzgusswerkzeug Positionierungsöffnungen, insbesondere Langlöcher, auf. Da es wichtig ist, die Trägerplatte in Bezug auf die auszubildenden Linsenelemente aus Silikon präzise im Spritzgusswerkzeug zu positionieren, damit die Linsenelemente in Bezug auf die Ausschnitte der Trägerplatte richtig angeordnet werden, sind Positionierungsöffnungen hilfreich, die es erlauben, die Trägerplatte in dem Spritzgusswerkzeug auf entsprechende Erhöhungen aufzustecken.According to a preferred embodiment, the carrier plate for positioning in an injection mold positioning holes, in particular slots on. Since it is important to precisely position the backing plate with respect to the silicon lens elements to be molded in the injection molding tool so that the lens elements are properly aligned with respect to the cutouts of the backing plate, positioning holes that allow the backing plate in the injection molding tool to be appropriately positioned To set up raises.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Herstellungsverfahren eines LED-Moduls, wie vorhergehend beschrieben. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Anordnen der Trägerplatte in einem Werkzeug; Einspritzen von Silikonmaterial in das Werkzeug zur Bildung der Linsenelemente und Entformen der Trägerplatte und der Linsenelemente aus dem Werkzeug. Das Herstellen der Linsenelemente in einem Werkzeug, in welchem bereits die Trägerplatte aus dem kohlestoffbasierten Kunststoff angeordnet ist, gewährleistet, dass die Linsenelemente in Bezug auf die Ausschnitte in der Trägerplatte präzise ausgerichtet sind. Das Werkzeug kann Erhöhungen aufweisen, welche im Endprodukt zu Aussparungen in den Linsenelementen führen, in welche die LEDs angeordnet werden. Dadurch ist eine präzise Anordnung der LEDs möglich. Ferner kann zwischen dem Linsenelement und der LED ein Luftspalt gebildet sein, so dass die Lichteintrittsfläche des Linsenelements optisch wirksamer ist. Alternativ kann die Linse auch vollständig in dem Silikonmaterial verklebt sein. Dadurch ist die Linse mechanisch besser geschützt. Alternativ kann das Verfahren auch vorsehen, dass die LEDs ggf. mit einem PCB und die Trägerplatte bereits in dem Werkzeug angeordnet werden und anschließend mit Silikon zur Bildung der Linsenelemente umspritzt werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere geeignet für Ausführungsformen von LED-Modulen, in denen die LEDs direkt mit dem Silikon der Linsenelemente gekapselt werden sollen.Another aspect of the invention relates to the manufacturing process of an LED module as previously described. The manufacturing method comprises arranging the carrier plate in a tool; Injecting silicone material into the tool for forming the lens elements and removing the carrier plate and the lens elements from the tool. The manufacture of the lens elements in a tool, in which already the support plate is arranged from the carbon-based plastic, ensures that the lens elements are precisely aligned with respect to the cutouts in the support plate. The tool can have elevations which lead to recesses in the lens elements in the end product, in which the LEDs are arranged. As a result, a precise arrangement of the LEDs is possible. Furthermore, an air gap can be formed between the lens element and the LED, so that the light entry surface of the lens element is optically more effective. Alternatively, the lens may also be completely bonded in the silicone material. As a result, the lens is mechanically better protected. Alternatively, the method can also provide that the LEDs are optionally already arranged with a PCB and the carrier plate in the tool and then encapsulated with silicone to form the lens elements. This embodiment is particularly suitable for embodiments of LED modules in which the LEDs are to be encapsulated directly with the silicone of the lens elements.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren einen vorgelagerter Schritt zum Herstellen der Trägerplatte aus dem kohlenstoffbasierten Kunststoff, wobei in der Trägerplatte eine Form erzeugt wird, welche wenigstens teilweise die Form der Linsenelemente, welche in dem nachfolgenden Schritt durch das Einspritzen von Silikonmaterial erzeugt werden, definiert. Dadurch kann das Linsenelement passgenau mit hoher Festigkeit in die Trägerplatte mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens integriert werden.According to a preferred embodiment, the manufacturing method comprises an upstream step for producing the carrier plate from the carbon-based plastic, wherein a shape is generated in the support plate, which at least partially defines the shape of the lens elements, which are generated in the subsequent step by the injection of silicone material. Thereby, the lens element can be accurately integrated with high strength in the carrier plate by means of a simple manufacturing process.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Figuren gegeben wird. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings. The figures show the following:

1 zeigt einen Querschnitt durch ein Werkzeug mit einer darin angeordneten Trägerplatte beim Einspritzen von Silikon. 1 shows a cross section through a tool with a carrier plate arranged therein during the injection of silicone.

2 zeigt einen Querschnitt eines LED-Moduls, welches durch ein Werkzeug nach 1 hergestellt worden ist. 2 shows a cross section of an LED module, which by a tool after 1 has been produced.

3 zeigt einen Querschnitt und eine Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Trägerplatte mit Linsenelementen. 3 shows a cross section and a plan view of an alternative embodiment of a support plate with lens elements.

4 zeigt ein LED-Modul, welches die Trägerplatte mit den Linsenelementen ähnlich der 3 aufweist. 4 shows an LED module, which is similar to the carrier plate with the lens elements 3 having.

Bezug nehmend auf die 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines LED-Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Trägerplatte 1 z. B. aus PMMA oder PC wird in einer Kavität eines Werkzeugs 2 angeordnet. Nach dem Schließen des Werkzeugs 2 wird in die Kavität des Werkzeugs Silikon 3 eingespritzt. Das Werkzeug weist in der Kavität Erhöhungen 4 auf, die sich durch Ausschnitte in der Trägerplatte 1 erstrecken. Diese Erhöhungen bilden Vertiefungen in den durch das Silikon gebildeten Linsenelementen 9 auf der Trägerplatte 1. Diese Ausschnitte dienen dazu, in einem späteren Verfahrensschritt LEDs 5 anzuordnen.Referring to the 1 A method for manufacturing an LED module according to the present invention will be described. A carrier plate 1 z. B. PMMA or PC is in a cavity of a tool 2 arranged. After closing the tool 2 gets into the cavity of the tool silicone 3 injected. The tool has elevations in the cavity 4 on, extending through cutouts in the carrier plate 1 extend. These elevations form depressions in the lens elements formed by the silicone 9 on the carrier plate 1 , These sections are used to LEDs in a later step 5 to arrange.

Das Werkzeug 1 weist ferner durchgehende Kanäle 16 auf, durch welche eine Flüssigkeit zum Temperieren des Werkzeugs während des Spritzgussverfahrens durchgeleitet werden kann.The tool 1 also has continuous channels 16 on, through which a liquid for tempering the tool during the injection molding process can be passed.

Wie im Querschnitt der 1 dargestellt ist, weist die Trägerplatte 1 ferner Öffnungen 6 auf, die in der gezeigten Ausführungsform etwa T-förmig in dem Querschnitt der Trägerplatte 1 gebildet sind. In diese Öffnungen 6 tritt beim Spritzgussprozess etwas des Silikons 3 ein. Aufgrund des sich von einer Seite, auf der das Linsenelement gebildet wird, zur entgegengesetzten Seite der Trägerplatte 1 erweiternden Querschnitts der Öffnung 6 wird ein Formschluss gebildet, der dafür sorgt, dass das Linsenelement 9 an der Trägerplatte 1 nach dem Entformen der Anordnung gehalten wird. Dabei ist zu beachten, dass die Öffnungen 6 in unmittelbarer Nähe der die Aussparung für die LEDs bildenden Erhöhungen 4 angeordnet sind. Dadurch werden die Linsenelemente unmittelbar dort an der Trägerplatte gehalten, wo auch die LEDs angeordnet sind. Etwaige thermische Verschiebungen oder bauliche Toleranzen wirken sich daher in Bezug auf die Anordnung der LED 5 zu dem jeweiligen Linsenelement 9 nur in geringem Maße aus.As in the cross section of 1 is shown, the carrier plate 1 further openings 6 on, in the embodiment shown approximately T-shaped in the cross section of the support plate 1 are formed. In these openings 6 During the injection molding process, something of the silicone occurs 3 one. Because of from one side, on which the lens element is formed, to the opposite side of the support plate 1 expanding cross section of the opening 6 a positive connection is formed, which ensures that the lens element 9 on the carrier plate 1 is held after demolding the arrangement. It should be noted that the openings 6 in the immediate vicinity of the recess for the LEDs forming increases 4 are arranged. As a result, the lens elements are held directly there on the support plate, where the LEDs are arranged. Any thermal shifts or structural tolerances therefore have an effect on the arrangement of the LED 5 to the respective lens element 9 only to a small extent.

Ferner ist in 1 dargestellt, dass in der unteren Hälfte des Werkzeugs 2 bereits Vertiefungen vorgesehen sind, die dazu dienen, Positionierungselemente 7 der Trägerplatte 1 aufzunehmen. Diese Positionierungselemente können zum Befestigen der Trägerplatte 2 auf einem PCB 8 verwendet werden, wie nachfolgend ausgeführt.Furthermore, in 1 shown in the lower half of the tool 2 already recesses are provided, which serve positioning elements 7 the carrier plate 1 take. These positioning elements can be used to attach the carrier plate 2 on a PCB 8th can be used as explained below.

Nach dem Spritzgussprozess und dem Aushärten des Silikons 3 kann die Anordnung aus der Trägerplatte 1 und dem Silikon 3 entformt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Angussbereich des Silikons 3 entfernt. Dazu können beispielsweise spanende Verfahren verwendet werden.After the injection molding process and the curing of the silicone 3 can the arrangement of the carrier plate 1 and the silicone 3 be removed from the mold. In a further process step, the gate region of the silicone 3 away. For example, machining methods can be used for this purpose.

Das Fertigprodukt aus der Trägerplatte 1 und dem erhärteten Silikon, welches die Linsenelemente 9 bildet, wird auf ein PCB 8 aufgesetzt, welches bereits montierte und elektrisch kontaktierte LEDs 5 aufweist. Dabei wird jeweils eine LED 5 in eine Aussparung 10 des Linsenelements 9 eingefügt, welche durch die Erhebung 4 in dem Werkzeug gebildet worden ist.The finished product from the carrier plate 1 and the hardened silicone containing the lens elements 9 forms on a PCB 8th mounted, which already mounted and electrically contacted LEDs 5 having. In each case, an LED 5 in a recess 10 of the lens element 9 inserted, which by the survey 4 has been formed in the tool.

Die Positionierungselemente 7 werden in Öffnungen des PCB 8 eingefügt und von der Rückseite des PCBs, d. h. auf der den LEDs 5 entgegengesetzten Seite, heißverstemmt. Dadurch wird die Trägerplatte 1 durch einen Formschluss auf dem PCB 8 gehalten.The positioning elements 7 be in openings of the PCB 8th inserted and from the back of the PCB, ie on the LEDs 5 opposite side, hot clogged. This will make the carrier plate 1 by a positive connection on the PCB 8th held.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das gesamte PCB 8 einschließlich der LEDs 5 bei dem Spritzgussprozess bereits in dem Werkzeug 2 angeordnet wird, bevor das Silikon 3 eingespritzt wird. In dieser Ausführungsform werden die LEDs vollständig in dem Linsenelement 9 mit Silikon umspritzt. Außerdem kann die mechanische Verbindung des PCB mit der Trägerplatte auch im Rahmen des gleichen Spritzgussprozesses erfolgen. In diesem Fall würde das Silikon 3 durch die Öffnungen in der Trägerplatte und in dem PCB gespritzt werden, um die Elemente durch einen Formschluss miteinander zu verbinden.Alternatively, it can also be provided that the entire PCB 8th including the LEDs 5 in the injection molding process already in the tool 2 is placed before the silicone 3 is injected. In this embodiment, the LEDs are completely in the lens element 9 molded with silicone. In addition, the mechanical connection of the PCB with the carrier plate can also take place in the context of the same injection molding process. In this case, the silicone would 3 are injected through the openings in the carrier plate and in the PCB to connect the elements by a positive connection with each other.

Mit Bezug auf die 3 und 4 werden weitere alternative Ausführungsformen beschrieben.With reference to the 3 and 4 Further alternative embodiments will be described.

3 zeigt im unteren Bereich eine Aufsicht auf eine Trägerplatte 1 mit darauf befindlichen Linsenelementen 9. Der obere Bereich der 3 zeigt einen Querschnitt durch die Trägerplatte 1 entlang der Linie A-A im unteren Bereich der 3. 3 shows in the lower area a view of a support plate 1 with lens elements thereon 9 , The upper area of the 3 shows a cross section through the support plate 1 along the line AA at the bottom of the 3 ,

In dieser Ausführungsform sind die Linsenelemente 9 in größeren Ausschnitten in die Trägerplatte 1 integriert. Ferner sind durch den Spritzgussprozess Aussparungen 10 in den Linsenelementen 9 gebildet, wie vorhergehend beschrieben, um darin LEDs 5 auf einem PCB 8, wie in 4 dargestellt, anzuordnen.In this embodiment, the lens elements are 9 in larger sections in the support plate 1 integrated. Furthermore, by the injection molding process recesses 10 in the lens elements 9 formed as described above to LEDs therein 5 on a PCB 8th , as in 4 represented to arrange.

Eine Besonderheit der Ausführungsform nach 3 und 4 besteht darin, dass auf den Linsenelementen 9 noch eine weitere Schicht 11 aus einem transparenten kohlenstoffbasierten Kunststoff, insbesondere z. B. aus PMMA oder PC, aufgebracht ist. Diese Schicht dient zum Schutz der Silikon-Linse 9 und kann ferner optische Eigenschaften hervorbringen. Insbesondere kann das Material der Schicht 11 aus dem gleichen Material gebildet sein, wie die Trägerplatte 1. Die Schicht 11 kann beispielsweise gemeinsam mit der Trägerplatte 1 ausgebildet sein, wobei beim Spritzgussprozess das Silikon zur Bildung der Linsen 9 in Öffnungen zwischen den Schichten 11 und der Platte 1 eingespritzt wird. Alternativ können die Schichten 11 auch in einem nachträglichen Bearbeitungsprozess auf die Silikon-Linsen 9 aufgespritzt oder aufgeklebt werden.A special feature of the embodiment according to 3 and 4 is that on the lens elements 9 another layer 11 from a transparent carbon-based plastic, in particular z. B. PMMA or PC, is applied. This layer protects the silicone lens 9 and may further provide optical properties. In particular, the material of the layer 11 be formed of the same material as the carrier plate 1 , The layer 11 For example, together with the carrier plate 1 be formed, wherein in the injection molding process, the silicone to form the lenses 9 in openings between the layers 11 and the plate 1 is injected. Alternatively, the layers can 11 also in a subsequent processing process on the silicone lenses 9 sprayed or glued on.

Die 3 zeigt ferner in der Aufsicht noch Langlöcher 12 in seitlichen Bereichen der Trägerplatte 1, Diese Langlöcher dient dazu, um die Trägerplatte in dem Werkzeug präzise zu positionieren. Ferner ist in der Ausführungsform nach 3 noch ein Bereich 13 auf der Trägerplatte vorgesehen, welcher in besonderer Wiese bearbeitet, insbesondere poliert ist, um eine Saugfläche für ein Robotersystem, welches zum Entformen mit der Trägerplatte und/oder zum Anordnen des LED-Moduls in einer Leuchte die Trägerplatte ergreift. Dabei ist insbesondere berücksichtigt, dass der Roboter das LED-Modul an der Saugfläche 13 angreift, die von den optisch wirksamen Bereichen des LED-Moduls, d. h. insbesondere der Linsenelemente 9, beabstandet ist. Dadurch kann eine Beschädigung der optisch wirksamen Oberflächen beim Herstellungsprozess des LED-Moduls bzw. der Leuchte vermieden werden.The 3 also shows in the supervision still long holes 12 in lateral areas of the carrier plate 1 , These slots are used to precisely position the carrier plate in the tool. Further, in the embodiment according to 3 another area 13 provided on the support plate, which is processed in a special way, in particular polished, to a suction surface for a robot system, which engages the support plate for demolding with the support plate and / or for arranging the LED module in a luminaire. It is particularly taken into account that the robot, the LED module on the suction surface 13 attacks, of the optically effective areas of the LED module, ie in particular the lens elements 9 , is spaced. As a result, damage to the optically active surfaces in the production process of the LED module or the luminaire can be avoided.

Ferner ist in dem Querschnitt im oberen Bereich der 3 zu sehen, dass das Linsenelement 9 in einen Ausschnitt der Trägerplatte 1 integriert ist. Ein Teil der Umfangsform der Silikonlinse wird daher durch einen Ausschnitt in dem Trägerelement 1 definiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Linsenelement 9 besonders fest in das Trägerelement 1 integriert werden kann.Further, in the cross section at the top of the 3 to see that the lens element 9 in a section of the support plate 1 is integrated. A part of the peripheral shape of the silicone lens is therefore through a cutout in the support element 1 Are defined. This embodiment has the advantage that the lens element 9 especially firmly in the carrier element 1 can be integrated.

Die 4 zeigt eine Ausführungsform eines vollständigen LED-Moduls einschließlich der LED 5 und dem PCB 8. Die Ausführungsform der Linsenelemente 9 ist ähnlich zu der in 3 gezeigten Ausführungsform, jedoch sind die Ausschnitte in der Trägerplatte zur Aufnahme zur LED 5 bzw. eines Teils des Linsenelements 9 im Vergleich zur 3 kleiner.The 4 shows an embodiment of a complete LED module including the LED 5 and the PCB 8th , The embodiment of the lens elements 9 is similar to the one in 3 shown embodiment, however, the cutouts in the support plate for receiving the LED 5 or a part of the lens element 9 in comparison to 3 smaller.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Trägerplattesupport plate
22
WerkzeugTool
33
Silikonsilicone
44
Erhöhungincrease
55
LEDLED
66
Öffnungopening
77
Positionierungselementpositioner
88th
PCBPCB
99
Linsenelementlens element
1010
Aussparung für LEDRecess for LED
1111
Transparente SchichtTransparent layer
1212
LanglochLong hole
1313
Saugflächesuction
1616
Kanalchannel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2012/031703 A1 [0003] WO 2012/031703 A1 [0003]

Claims (15)

LED-Modul, umfassend: eine Trägerplatte (1) aus einem kohlenstoffbasierten Polymer; Linsenelemente (9) aus Silikon (3), welche mit der Trägerplatte (1) verbunden sind; und mehrere LEDs (5), welche in Ausschnitten der Trägerplatte (1) angeordnet sind, wobei jedem der Linsenelemente jeweils wenigstens eine LED (5) zugeordnet ist.LED module comprising: a carrier plate ( 1 ) of a carbon-based polymer; Lens elements ( 9 ) made of silicone ( 3 ), which with the carrier plate ( 1 ) are connected; and several LEDs ( 5 ), which in sections of the support plate ( 1 ), each of the lens elements each having at least one LED ( 5 ) assigned. LED-Modul nach Anspruch 1, wobei das kohlenstoffbasierte Polymer gebildet ist aus PMMA, PC, PU oder PVC.LED module according to claim 1, wherein the carbon-based polymer is formed from PMMA, PC, PU or PVC. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenelemente (9) jeweils eine Freiformlinse umfassen, die strahlungsaufweitende und strahlungsbündelnde Eigenschaften kombiniert.LED module according to one of the preceding claims, wherein the lens elements ( 9 ) each comprise a free-form lens which combines radiation-expanding and radiation-bundling properties. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenelemente (9) in Bezug auf die optische Achse der jeweils zugeordneten LED (5) nicht rotationssymmetrisch sind, vorzugsweise aber eine Spiegelsymmetrie in Bezug auf eine Ebene aufweisen, welche die optische Achse der LED (5) enthält.LED module according to one of the preceding claims, wherein the lens elements ( 9 ) with respect to the optical axis of the respective associated LED ( 5 ) are not rotationally symmetric, but preferably have a mirror symmetry with respect to a plane which the optical axis of the LED ( 5 ) contains. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (1) Öffnungen (6) aufweist, in welches Silikon der Linsenelemente eindringt, um die Linsenelemente (9) an der Trägerplatte (1) mechanisch zu halten.LED module according to one of the preceding claims, wherein the carrier plate ( 1 ) Openings ( 6 ) into which silicone of the lens elements penetrates to the lens elements ( 9 ) on the carrier plate ( 1 ) mechanically. LED-Modul nach Anspruch 5, wobei die Öffnungen (6) sich in einem Querschnitt zu der den Linsenelementen (9) entgegengesetzten Seite der Trägerplatte (1) erweitern und das Silikon (3) in den erweiterten Querschnitt ausfüllt.LED module according to claim 5, wherein the openings ( 6 ) in a cross-section to the lens elements ( 9 ) opposite side of the carrier plate ( 1 ) and the silicone ( 3 ) in the enlarged cross section. LED-Modul nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Silikon (3), welches in die Öffnungen (6) eindringt, auf der den Linsenelementen (9) entgegengesetzten Seiten der Trägerplatte (1) heißverstemmt ist.LED module according to claim 5 or 6, wherein the silicone ( 3 ), which in the openings ( 6 ) penetrates on the lens elements ( 9 ) opposite sides of the carrier plate ( 1 ) is hot-caulked. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LEDs (5) auf eifern Printed Circuit Board, PCB, (8) gehalten und elektrisch kontaktiert sind und das PCB (8) auf der den Linsenelementen (9) entgegengesetzten Seite der Trägerplatte (1) flächig an der Trägerplatte anliegt.LED module according to one of the preceding claims, wherein the LEDs ( 5 ) on a busy printed circuit board, PCB, ( 8th ) and are electrically contacted and the PCB ( 8th ) on the lens elements ( 9 ) opposite side of the carrier plate ( 1 ) lies flat against the carrier plate. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer Lichtaustrittsfläche der Linsenelemente (9) jeweils eine Schicht aus einem transparentem kohlenstoffbasierten Polymer, insbesondere PMMA, PC, SAN oder PU angeordnet ist.LED module according to one of the preceding claims, wherein on a light exit surface of the lens elements ( 9 ) is arranged in each case a layer of a transparent carbon-based polymer, in particular PMMA, PC, SAN or PU. LED-Modul nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstände der Linsenelemente (9) zum jeweils nächsten Nachbarn mindestens 20 mm, vorzugsweise zwischen 25 mm und 50 mm, betragen.LED module according to any preceding claim, wherein the spacings of the lens elements ( 9 ) to each nearest neighbor at least 20 mm, preferably between 25 mm and 50 mm. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (1) zur Positionierung in einem Spritzgusswerkzeug (2) Positionierungsöffnungen, insbesondere Langlöcher (12), aufweist.LED module according to one of the preceding claims, wherein the carrier plate ( 1 ) for positioning in an injection molding tool ( 2 ) Positioning holes, in particular elongated holes ( 12 ), having. Herstellungsverfahren eines LED-Moduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Herstellungsverfahren die Schritte umfasst: Anordnen der Trägerplatte (1) in einem Werkzeug (2) und Einspritzen von Silikonmaterial (3) in das Werkzeug (1) zur Bildung der Linsenelemente (9); und Entformen der Trägerplatte (1) und der Linsenelemente (9) aus dem Werkzeug.Manufacturing method of an LED module according to one of the preceding claims, wherein the manufacturing method comprises the steps of: arranging the carrier plate ( 1 ) in a tool ( 2 ) and injection of silicone material ( 3 ) into the tool ( 1 ) for forming the lens elements ( 9 ); and demolding the carrier plate ( 1 ) and the lens elements ( 9 ) from the tool. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei ein PCB (8) mit den LEDs (5) in das Werkzeug (2) gemeinsam mit der Trägerplatte (1) eingebracht wird.Manufacturing method according to claim 12, wherein a PCB ( 8th ) with the LEDs ( 5 ) into the tool ( 2 ) together with the carrier plate ( 1 ) is introduced. Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Werkzeug Erhöhungen (4) im Bereich der zu bildenden Linsenelemente (9) aufweist und ein PCB (8) mit den LEDs (5) nach dem Entformen der Trägerplatte (1) und der Linsenelement (9) aus dem Werkzeug (2) an die Trägerplatte (1) angefügt wird, wobei die LEDs in Vertiefungen (10) der Linsenelemente (9) angeordnet sind, welche durch die genannten Erhöhungen (4) im Werkzeug (2) gebildet sind.The manufacturing method of claim 12, wherein the tool increases ( 4 ) in the region of the lens elements to be formed ( 9 ) and a PCB ( 8th ) with the LEDs ( 5 ) after removal of the carrier plate ( 1 ) and the lens element ( 9 ) from the tool ( 2 ) to the carrier plate ( 1 ), with the LEDs in recesses ( 10 ) of the lens elements ( 9 ) arranged by said elevations ( 4 ) in the tool ( 2 ) are formed. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei ein vorgelagerter Schritt das Herstellen der Trägerplatte aus dem kohlenstoffbasierten Kunststoff umfasst, wobei in der Trägerplatte eine Form erzeugt wird, welche wenigstens teilweise die Form der Linsenelemente (9), welche in dem nachfolgenden Schritt durch das Einspritzen von Silikonmaterial (3) erzeugt werden, definiert.Manufacturing method according to one of claims 12 to 14, wherein an upstream step comprises the production of the support plate made of the carbon-based plastic, wherein in the support plate a shape is generated which at least partially the shape of the lens elements ( 9 ), which in the subsequent step by the injection of silicone material ( 3 ) are defined.
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