DE102016202103A1

DE102016202103A1 - Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls, Leuchtmodul sowie Verwendung eines Optikelements in einem Leuchtmodul

Info

Publication number: DE102016202103A1
Application number: DE102016202103.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Reiss
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2016-02-11
Publication date: 2017-08-17
Also published as: WO2017137172A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls (1), welches ein Leuchtmittel (2) umfasst. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Werkstoff bereitgestellt. Anschließend wird ein Optikelement (6) aus dem Werkstoff hergestellt. Schließlich wird das Optikelement (6) in einem vorbestimmten Abstand zu dem Leuchtmittel (2) derart angeordnet, dass eine von dem Leuchtmittel (2) emittierte Strahlung auf das Optikelement (6) gerichtet wird. Als eine erste Werkstoffkomponente des Werkstoffs wird Silikon verwendet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls mit einem Leuchtmittel. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Werkstoff bereitgestellt. Anschließend wird ein Optikelement aus dem Werkstoff hergestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Optikelement in einem vorbestimmten Abstand zu dem Leuchtmittel derart angeordnet, dass eine von dem Leuchtmittel emittierte Strahlung auf das Optikelement gerichtet wird. Die Erfindung betrifft auch ein Leuchtmodul, welches ein Leuchtmittel und ein Optikelement umfasst. Schließlich gehört zu der Erfindung auch eine Verwendung eines Optikelements in einem Leuchtmodul.
Leuchtmodule umfassen neben einem Leuchtmittel, wie zum Beispiel einer Leuchtdiode, auch Optikelemente. Ein Optikelement ist beispielsweise ein Diffusor. Diffusoren können bei Leuchtmodulen dazu eingesetzt werden, eine von dem Leuchtmittel ausgegebene oder emittierte Strahlung zu streuen. Mit „streuen“ ist hier gemeint, dass eine Strahlung von der aus dem Leuchtmodul austretenden Richtung nach verschiedenen Seiten abgelenkt wird.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, dass Diffusoren aus Kunststoff oder Glas hergestellt werden. Als Kunststoffe eignen sich beispielsweise Polycarbonate oder Polymethylmethacrylat (kurz PMMA). Diffusoren auf einer Kunststoffbasis haben jedoch den Nachteil, dass sie nur bis zu einer bestimmten Bestrahlungsstärke oder einer bestimmten Betriebstemperatur des Leuchtmoduls beständig sind. Wird entweder die Bestrahlungsstärke des Leuchtmittels oder die Betriebstemperatur im Betrieb des Leuchtmoduls überschritten, so kann der Diffusor beschädigt werden. Zum Beispiel kann es bei einem Diffusor, dessen Werkstoff transparent ausgebildet ist, zu einer Farbverschiebung kommen. Beispielsweise kann der Diffusor „vergilben“. Beim Vergilben erfolgt eine Farbverschiebung, bei welcher der zunächst gläsern durchscheinende Werkstoff einen Gelbstich bekommt. Bei einem vergilbten Diffusor, welcher in dem Leuchtmodul verwendet wird, wird von dem Leuchtmodul im Vergleich zu einem transparenten Diffusor weniger Licht an eine Umgebung ausgegeben. Durch das Vergilben reduziert sich also der Wirkungsgrad oder die Lichtausbeute des Leuchtmoduls.
Diffusoren, welche hingegen aus Glas hergestellt werden, haben den Nachteil, dass die Glasoberfläche des Diffusors besonders empfindlich ist. Die Glasoberfläche kann besonders leicht beschädigt, wie zum Beispiel verkratzt, werden. Eine verkratzte Oberfläche beeinträchtigt erheblich die optischen Eigenschaften des Diffusors. Beispielsweise kann eine Brechung des Lichts im Betrieb des Leuchtmoduls beeinträchtigt werden. Eine verkratzte Oberfläche des Diffusors kann dazu führen, dass die von dem Leuchtmittel ausgegebene Strahlung in eine unerwünschte Richtung abgelenkt wird. Auch hierdurch wird der Wirkungsgrad des Leuchtmoduls reduziert. Ferner sind Diffusoren aus Glas, insbesondere Volumendiffusoren aus Glas, besonders schwierig herzustellen, da im Herstellungsprozess Streupartikel, welche für das Streuen der Strahlung verantwortlich sind, nur schwer oder aufwändig in das Glas einbringbar sind.
Mit der Beeinträchtigung des Diffusors sinkt die Performance des Leuchtmoduls, in dem der Diffusor verwendet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls derart weiterzuentwickeln, dass ein hoher Wirkungsgrad über eine möglichst lange Betriebsdauer des Leuchtmoduls ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein Leuchtmodul mit den Merkmalen von Patentanspruch 12. Schließlich wird diese Aufgabe auch durch eine Verwendung eines Optikelements in einem Leuchtmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls mit einem Leuchtmittel wird zunächst ein Werkstoff bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Optikelement aus dem Werkstoff hergestellt. Schließlich wird das Optikelement in einem vorbestimmten Abstand zu dem Leuchtmittel derart angeordnet, dass eine von dem Leuchtmittel emittierte Strahlung auf das Optikelement gerichtet wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass als eine erste Werkstoffkomponente des Werkstoffs Silikon verwendet wird.
Silikon hat den Vorteil, dass es besonders temperaturbeständig ist. Insbesondere im Vergleich zu Kunststoffen weist Silikon eine höhere Temperaturbeständigkeit auf. Ferner kann Silikon auch höheren Bestrahlungsstärken im Vergleich zu Kunststoff Stand halten. Durch die Silikonbasis des Optikelements ist das Optikelement auch mechanisch besonders stabil ausgestaltet. Optikelemente, welche zum Beispiel aus Glas bestehen, können durch äußere Einwirkungen leicht beschädigt, insbesondere verkratzt, werden oder sogar brechen. Die mechanischen Stabilitätseigenschaften des Optikelements auf Silikonbasis können beispielsweise durch einen Federhammer Test oder einen Kugelfall Test (englisch Ball Drop Test) oder einen Kugeldruckversuch (englisch Ball Indentation Test) nachgewiesen werden.
Das Leuchtmodul kann ein Leuchtmittel oder mehrere Leuchtmittel aufweisen. Das Leuchtmittel kann insbesondere als eine Leuchtdiode (kurz LED) oder als eine Laserdiode (kurz LD) ausgebildet sein. Die Leuchtdiode oder die Laserdiode ist dazu ausgebildet, Licht auszusenden. Insbesondere im Betrieb des Leuchtmoduls oder in einem aktivierten Zustand des Leuchtmittels ist die von dem Leuchtmittel ausgegeben Strahlung auf das Optikelement gerichtet. Bevorzugt wird von dem Leuchtmittel blaues Licht emittiert. Blaues Licht weist insbesondere eine Wellenlänge zwischen 430 nm und 490 nm auf. Bevorzugt kann von dem Leuchtmittel auch eine ultraviolette Strahlung (kurz UV-Strahlung) emittiert werden.
Bei dem Verfahren wird als eine erste Werkstoffkomponente des bereitgestellten Werkstoffs Silikon verwendet. Die erste Werkstoffkomponente bildet bevorzugt die Hauptkomponente oder Basiskomponente des Werkstoffs. Die erste Werkstoffkomponente beziehungsweise das Silikon ist bevorzugt transparent oder teiltransparent ausgebildet. Mit „teiltransparent“ ist hier gemeint, dass die erste Werkstoffkomponente getrübt sein kann.
Das hergestellte Optikelement kann ferner vorbestimmte Werkstoffeigenschaften aufweisen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Optikelement als eine Werkstoffeigenschaft eine Shorehärte zwischen 40 Shore A und 100 Shore A aufweist, insbesondere zwischen 60 Shore A und 90 Shore A. Es kann auch alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass das Optikelement als eine weitere Werkstoffeigenschaft eine Temperaturbeständigkeit für Betriebstemperaturen im Betrieb des Leuchtmoduls von über 80°C aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Optikelement als eine weitere Werkstoffeigenschaft bei Bestrahlungsstärken oder bei Lichtstärken des Leuchtmittels im Betrieb des Leuchtmoduls von über 1500 lm, insbesondere von über 5000 lm beständig ist. Mit Bestrahlungsstärke ist hier insbesondere eine Leistung einer eingehenden elektromagnetischen Energie gemeint, die auf eine Oberfläche trifft, bezogen auf eine Größe einer Fläche. Mit anderen Worten kann das Optikelement für Lichtstärken von größer als 1500 lm, insbesondere von größer als 5000 lm, ausgelegt sein.
In einer Ausführungsform wird das Optikelement in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Bevorzugt wird beim Spritzgießen eine Spritzgießform mit einer vorbestimmten Geometrie verwendet, insbesondere einer im Querschnitt runden Geometrie. Beispielweise weist das hergestellte Optikelement eine zylindrische Form auf. Das Spritzgießen hat den Vorteil, dass das Optikelement durch ein gängiges Verfahren kostengünstig hergestellt werden kann. Ferner ist beim Spritzguss die Form des resultierenden Optikelements besonders einfach durch eine Ausgestaltung der Spritzgießform anpassbar.
In vorteilhafter Weise wird das Optikelement nach dem Spritzgießen ausgehärtet, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 100°C und 250°C. Bevorzugt wird das Optikelement bei einer Temperatur zwischen 180°C und 220°C ausgehärtet, insbesondere bei einer Temperatur von 200°C. Das Aushärten bei einer vorbestimmten Temperatur wird auch als thermisches Aushärten bezeichnet. Als Alternative zum thermischen Aushärten eignet sich auch die Strahlenhärtung. Dabei kann das Optikelement mit Hilfe von energiereicher Strahlung, wie beispielsweise einer UV-Strahlung, ausgehärtet werden. Der Aushärteprozess kann ferner ein- oder mehrstufig erfolgen. Bei einem mehrstufigen Aushärteprozess kann der verarbeitete Werkstoff bei unterschiedlichen Temperaturniveaus sukzessive ausgehärtet werden. Durch das Aushärten ergibt sich der Vorteil, dass sich besonders gute Werkstoffeigenschaften hinsichtlich der Härte des Werkstoffs einstellen lassen.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Optikelement durch Strangpressen und/oder Walzen hergestellt, wobei der Werkstoff derart verarbeitet wird, dass eine Folie mit einer vorbestimmten Foliendicke aus dem Werkstoff erzeugt wird und aus der Folie ein Folienstück ausgestanzt wird, wobei das Folienstück das Optikelement bildet.
Wird das Optikelement beispielsweise durch Strangpressen hergestellt, so wird der Werkstoff insbesondere durch eine Matrize gepresst. Die resultierende Form des Werkstoffs kann durch die Matrize bestimmt werden.
Als alternatives oder zusätzliches Verarbeitungsverfahren kann beispielsweise auch das Walzen angewendet werden. Beim Walzen wird der Werkstoff zwischen zwei oder mehreren rotierenden Werkzeugen – Walzen – verarbeitet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zunächst durch Strangpressen eine Folie mit einer vorbestimmten Foliendicke aus dem Werkstoff erzeugt wird. Anschließend kann die Folie gewalzt werden, um die Foliendicke zu verringern. Durch das Walzen kann also eine präzise Justierung der Foliendicke der Folie erfolgen. Mit anderen Worten kann durch das Walzen nach dem Strangpressen eine Foliendicke der Folie an die vorbestimmte Foliendicke angepasst werden. Dadurch können Foliendicken besonders genau eingestellt werden. Derartige Verarbeitungsverfahren haben den Vorteil, dass sie besonders einfach ausgestaltet und damit besonders wirtschaftlich sind.
In vorteilhafter Weise wird der Werkstoff nach dem Strangpressen und/oder Walzen ausgehärtet, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 100 °C und 250 °C. Bevorzugt wird der Werkstoff bei einer Temperatur zwischen 180 °C und 220 °C ausgehärtet, insbesondere bei einer Temperatur von 200°C. Das Aushärten bei einer vorbestimmten Temperatur wird auch als thermisches Aushärten bezeichnet. Als Alternative zum thermischen Aushärten eignet sich auch die Strahlenhärtung. Dabei kann der Werkstoff mit Hilfe von energiereicher Strahlung, wie beispielsweise einer UV-Strahlung, ausgehärtet werden. Durch das Aushärten ergibt sich der Vorteil, dass sich besonders gute Werkstoffeigenschaften hinsichtlich der Härte des Werkstoffs einstellen. Der Aushärteprozess kann ferner ein- oder mehrstufig erfolgen. Wird der Werkstoff beispielsweise durch Strangpressen und Walzen verarbeitet, so kann es vorgesehen sein, dass der Werkstoff nach dem Strangpressen zumindest teilweise, also nicht vollständig, ausgehärtet wird und nach dem Walzen vollständig ausgehärtet wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Folie mit einer Foliendicke von 0,5 mm bis 3 mm, insbesondere von 2 mm, erzeugt wird. In Abhängigkeit von der Foliendicke kann eine Lichtdurchlässigkeit des Optikelements eingestellt werden.
In vorteilhafter Weise wird zum Ausstanzen des Folienstücks eine Ausstanzform mit einer vorbestimmten Geometrie, insbesondere mit einer runden Querschnittsgeometrie, verwendet. Mit Querschnittsgeometrie ist insbesondere eine Geometrie des Querschnitts gemeint. Bevorzugt kann die Ausstanzform eine rechteckige oder dreieckige oder runden Querschnittsgeometrie aufweisen. Wird beispielsweise eine Ausstanzform mit einer runden Querschnittsgeometrie verwendet, so weist das Optikelement eine zylindrische Form auf. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Wahl der Ausstanzform auf besonders einfache Art und Weise und besonders flexibel eine gewünschte Geometrie des Optikelements erzielt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mehrere Folienstücke aus der Folie ausgestanzt werden, wobei die jeweiligen Folienstücke mit einem vorbestimmten Abstand von 0,1 cm bis 1,0 cm, insbesondere mit einem vorbestimmten Abstand von 0,5 cm, zueinander aus der Folie ausgestanzt werden. Mit dem vorbestimmten Abstand ist insbesondere ein Mindestabstand zwischen den auszustanzenden Optikelementen gemeint. Bevorzugt werden die Folienstücke mit einem vorbestimmten Abstand zu einem Rand der Folie ausgestanzt. Beim Ausstanzen kann zwischen zwei Ausstanzarten unterschieden werden. Nach einer ersten Ausstanzart können die Optikelemente in einer Reihe nacheinander in dem vorbestimmten Abstand zueinander aus der Folie ausgestanzt werden. Bevorzugt werden die Folienstücke in und/oder senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung der Folie nebeneinander ausgestanzt. Mit anderen Worten können die Optikelemente side-by-side ausgestanzt werden. Nach einer zweiten Ausstanzart können die Optikelemente versetzt zueinander ausgestanzt werden. Aus einer Folie können mehrere Reihen ausgestanzt werden. Beispielsweise können die Folienstücke sequenziell nacheinander oder als Reihe, in der sich mehrere Folienstücke befinden, ausgestanzt werden. Durch derartige Ausstanzarten lässt sich eine hohe Ausbeute der auszustanzenden Optikelemente aus der Folie erzielen.
In vorteilhafter Weise umfasst der Werkstoff eine zweite Werkstoffkomponente, wobei als zweite Werkstoffkomponente Partikel, insbesondere Partikel aus Aluminiumoxid und/oder Titandioxid und/oder Siliciumdioxid, bereitgestellt werden, wobei zum Bereitstellen des Werkstoffs die erste Werkstoffkomponente mit den Partikeln versetzt wird. Bei den Partikeln handelt es sich bevorzugt um Feststoffteilchen, welche eine vorbestimmte Größe oder Ausdehnung aufweisen. Handelt es sich bei dem Optikelement beispielsweise um einen Diffusor, so können die Partikel bevorzugt als Streupartikel oder Streuzentren ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Partikel homogen oder gleichmäßig in der ersten Werkstoffkomponente verteilt werden. Durch die Partikel lassen sich die Optikeigenschaften des Optikelements einstellen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Partikel mit einer Partikelgröße von 100 nm bis 20 μm, insbesondere mit einer Partikelgröße von 100 nm bis 1000 nm und/oder einer Partikelgröße von 2 μm bis 20 μm, verwendet werden. Mit Partikelgröße ist insbesondere eine Partikelgrößenverteilung gemeint, welche in Mikrometer und Nanometer angegeben wird. Mit anderen Worten können die Partikel einer Partikelgrößenverteilung unterliegen. Bevorzugt wird als Partikelgrößenverteilung eine D50 Partikelgrößenverteilung verwendet. D50 gibt dabei insbesondere die mittlere Partikelgröße an. D50 bedeutet, dass 50 % der Partikel kleiner als der angegebene Wert sind.
Werden Partikel beispielsweise mit einer Partikelgrößenverteilung zwischen 100 nm bis 1000 nm, verwendet, so kann die erste Werkstoffkomponente bevorzugt mit weniger Partikel versetzt werden, als wenn die Partikel eine Partikelgrößenverteilung zwischen 2 μm und 20 μm aufweisen. Mit anderen Worten weist der Werkstoff bei Partikeln mit einer Partikelgrößenverteilung zwischen 100 nm bis 1000 nm bevorzugt eine geringere Konzentration an Partikeln auf, als bei Partikeln mit einer Partikelgrößenverteilung von 2 μm bis 20 μm. Je kleiner die Partikel desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer Agglomeration der Partikel im Werkstoff kommt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass auf eine Oberfläche der Folie oder des Optikelements eine Oberflächenbeschichtung aufgetragen wird. Als Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise eine Antireflexbeschichtung und/oder eine Antistaubbeschichtung aufgetragen oder aufgebracht werden.
Anstelle eine Beschichtung auf die Oberfläche der Folie oder des Optikelements aufzutragen, um eine Antireflexwirkung und/oder Antistaubwirkung der Oberfläche der Folie oder des Optikelements zu erzielen, kann auch die Oberfläche der Folie oder des Optikelements bearbeitet werden. Beispielsweise kann die Oberfläche chemisch bearbeitet, insbesondere chemisch modifiziert, werden. Durch die Oberflächenbearbeitung kann eine Oberflächenstruktur der Oberfläche eingestellt werden. Durch die Oberflächenbearbeitung kann die Oberfläche bevorzugt als Antireflexschicht und/oder als Antistaubschicht ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Oberflächenbearbeitung, insbesondere die Modifikation der Oberfläche, mittels eines geeigneten Plasmas, insbesondere mittels eines oxidativ wirkenden Plasmas, erfolgen. Durch die Modifikation der Oberfläche mittels des Plasmas, also einer Plasmaoberflächenbehandlung, kann einer Anlagerung von Staub auf der Oberfläche der Folie oder des Optikelements entgegengewirkt oder eine Anlagerung sogar verhindert werden.
Zu der Erfindung gehört ferner ein Leuchtmodul, welches ein Leuchtmittel und ein Optikelement umfasst. Das Leuchtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass ein Werkstoff des Optikelements als eine erste Werkstoffkomponente Silikon umfasst.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Optikelement als Diffusor, insbesondere als Volumendiffusor, ausgebildet ist. Ein Diffusor kann bei dem Leuchtmodul dazu eingesetzt werden, eine von dem Leuchtmittel ausgegebene oder emittierte Strahlung zu streuen. Mit streuen ist hier gemeint, dass eine Strahlung von der aus dem Leuchtmodul austretenden Richtung von dieser Richtung nach verschiedenen Seiten abweicht. Der Diffusor ist bevorzugt transparent ausgebildet.
Zu der Erfindung gehört auch die Verwendung eines Optikelements in einem Leuchtmodul, wobei ein Werkstoff des Optikelements als eine erste Werkstoffkomponente Silikon umfasst.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Leuchtmodul und die erfindungsgemäße Verwendung eines Optikelements.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Leuchtmoduls mit mehreren Leuchtmitteln und einem Optikelement in einer Querschnittsansicht;
2 eine schematische Darstellung einer Variante des Ausstanzens mehrerer Optikelemente aus einer Folie mit einer vorbestimmten Foliendicke in einer Draufsicht auf die Folie; und
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante des Ausstanzens mehrerer Optikelemente aus der Folie mit einer vorbestimmten Foliendicke in einer Draufsicht auf die Folie.
In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Leuchtmodul 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht. Das Leuchtmodul 1 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Das Leuchtmodul 1 umfasst mehrere Leuchtmittel 2. Das in 1 gezeigte Leuchtmodul 1 weist insgesamt drei Leuchtmittel 2 auf. Das Leuchtmodul 1 kann alternativ auch nur ein einzelnes Leuchtmittel 2 aufweisen. Die jeweiligen Leuchtmittel 2 können beispielsweise als eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode ausgebildet sein.
Darüber hinaus umfasst das Leuchtmodul 1 eine Leiterplatte 3, an welcher die Leuchtmittel 2 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Leiterplatte 3 mit den Leuchtmitteln 2 nach der Chip-on-Board Technologie (kurz COB-Technologie, deutsch Nacktchipmontage) hergestellt werden.
Des Weiteren umfasst das Leuchtmodul ein Gehäuse 4, wobei das Gehäuse 4 die Leuchtmittel 2 umgibt. Ist das Gehäuse 4 zum Beispiel ringförmig ausgebildet, so umgibt das Gehäuse 4 die Leuchtmittel 2 radial. Das Gehäuse 4 ist an der Leiterplatte 3 angeordnet. Die Wandungen des Gehäuses 4 bilden mit der Leiterplatte 3 einen Hohlraum aus. Der Hohlraum ist trapezförmig ausgebildet. Alternativ kann das Gehäuse auch die Leiterplatte 3 einfassen. In dem Hohlraum sind weitere elektronische Bauteile 5 des Leuchtmoduls 1 an der Leiterplatte 3 angeordnet.
Das Gehäuse 4 ist ferner als eine Halterung für ein Optikelement 6 ausgebildet. Bei dem Optikelement 6 kann es sich beispielsweise um einen Diffusor oder eine Linse handeln. Das Optikelement 6 ist in einem vorbestimmten Abstand zu den Leuchtmitteln 2 angeordnet. Im Betrieb des Leuchtmoduls 1 kann eine von den Leuchtmitteln 2 ausgegebene Strahlung auf das Optikelement 6 gerichtet sein. Bevorzugt ist die emittierte Strahlung auf eine Lichteintrittsfläche des Optikelements 6 gerichtet. Ferner kann das Optikelement 6 eine Lichtaustrittsfläche aufweisen. An der Lichtaustrittsfläche des Optikelements 6 kann die Strahlung des Leuchtmittels 2 wieder aus dem Optikelement 6 austreten.
In 1 ist das Optikelement als Zylinder ausgebildet und weist eine vorbestimmte Höhe auf. Die Lichteintrittsfläche des Optikelements 6 ist dabei die dem Leuchtmittel 2 zugewandte Kreisfläche des Zylinders. Die Lichtaustrittsfläche kann beispielsweise eine der Lichteintrittsfläche gegenüberliegende Kreisfläche des Zylinders sein. Das Gehäuse 4 kontaktiert das Optikelement 6 zumindest an einer Seitenfläche. Das Optikelement 6 wird durch das Gehäuse 4 an der Seitenfläche gehalten oder fixiert. Mit anderen Worten wird das Optikelement 6 durch die Wandungen des Gehäuses 4 gehalten. Die Lichteinrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche liegen dabei frei. Nur die Seitenfläche, in diesem Fall die Mantelfläche des zylindrischen Optikelements 6, ist mit dem Gehäuse 4 verbunden. Alternativ kann das Gehäuse 6 auch eine Aufnahmefläche bereitstellen, durch welche das Optikelement gehalten wird.
Die Leiterplatte 3 mit dem Leuchtmittel 2 und den elektronischen Bauteilen 5 ist ferner an einem Kühlelement 7 angeordnet. Das Kühlelement 7 ist dazu ausgebildet, Wärmeverluste von der Leiterplatte 3 und/oder den Leuchtmitteln 2 und/oder den elektronischen Bauteilen 5 an eine Umgebung oder eine Wärmesenke abzuführen. Das Kühlelement 7 ist beispielsweise plattenförmig ausgebildet.
Im Folgenden soll auf ein Herstellungsverfahren des Leuchtmoduls 1 genauer eingegangen werden, insbesondere auf die Verfahrensschritte zur Herstellung des Optikelements 6.
In einem ersten Verfahrensschritt wird zunächst ein Werkstoff bereitgestellt. Der Werkstoff kann als erste Werkstoffkomponente, die Hauptkomponente, Silikon aufweisen. Die erste Werkstoffkomponente wird bevorzugt als transparente Silikonmasse bereitgestellt. Als zweite Werkstoffkomponente kann der Werkstoff beispielsweise Partikel, welche zum Beispiel Titandioxid bestehen, aufweisen. Zur Bereitstellung des Werkstoffs werden die erste Werkstoffkomponente und die zweite Werkstoffkomponente miteinander vermischt. Damit die beiden Werkstoffkomponenten miteinander vermischt werden können, ist die erste Werkstoffkomponente zunächst viskos oder zähflüssig ausgebildet. Bevorzugt ist die erste Werkstoffkomponente knetbar ausgebildet. Beim Vermischen oder Vermengen der beiden Werkstoffkomponenten werden die Partikel bevorzugt homogen in der ersten Werkstoffkomponente beziehungsweise einer Werkstoffmasse der ersten Werkstoffkomponente verteilt. Nach dem Mischen der ersten Werkstoffkomponente und der zweiten Werkstoffkomponente wird der Werkstoff beispielsweise durch Strangpressen verarbeitet. Der Werkstoff kann zum Strangpressen als Block oder Pressling bereitgestellt sein. Beim Strangpressen wird der Werkstoff zu einem Werkstück verarbeitet.
Beim Strangpressen wird der Werkstoff derart verarbeitet, dass eine Folie mit einer vorbestimmten Foliendicke aus dem Werkstoff erzeugt oder hergestellt wird. Beispielsweise kann die Folie eine Foliendicke von 2 mm aufweisen. Es kann vorkommen, dass die Foliendicke beim Herstellungsprozess durch das Strangpressen Schwankungen unterliegt oder es kann durch das Strangpressen nicht die vorgegebene Foliendicke erzielt werden. Um die Foliendicke nach dem Strangpressen justieren zu können, kann dem Strangpressprozess ein weiterer Verarbeitungsschritt nachgeschaltet sein. Zum Justieren der Foliendicke kann die Folie zum Beispiel nach dem Strangpressen noch gewalzt werden. Nach dem Strangpressen kann es sein, dass der Werkstoff noch in einem viskosen oder zähflüssigen Zustand vorliegt. Ein derartiger Zustand ist beim Walzen ungünstig. Damit die Folie nach dem Strangpressen gewalzt werden kann, kann es erforderlich sein, die Folie zumindest teilweise auszuhärten.
Nach dem Strangpressen oder Walzen wird die Folie ausgehärtet. Zum Aushärten der Folie eignet sich zum Beispiel eine thermische Aushärtung oder eine Strahlenhärtung.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird aus der hergestellten Folie ein Folienstück ausgestanzt. Aus der Folie können auch mehrere Folienstücke ausgestanzt werden. Die Foliendicke bestimmt die Dicke des ausgestanzten Folienstücks. Das ausgestanzte Folienstück beziehungsweise die ausgestanzten Folienstücke bilden jeweils ein einzelnes Optikelement aus. Die Folienstücke werden beispielsweise mit einem Schneidwerkzeug aus der Folie ausgestanzt. Das Schneidwerkzeug kann als Ausstanzform eine vorbestimmte Geometrie aufweisen. Die Geometrie der Ausstanzform orientiert sich an der vorbestimmten Geometrie des Optikelements. Beim Ausstanzen durchdringt das Stanzwerkzeug die Folie vollständig.
In 2 und 3 sind zwei Varianten des Ausstanzens mehrerer Folienstücke 8 aus einer Folie 9 gezeigt.
In 2 und in 3 weisen die auszustanzenden Folienstücke 8 die gleiche Querschnittsgeometrie auf. Die Folienstücke 9 weisen eine runde Querschnittsgeometrie auf. Entsprechend besitzen die Folienstücke 8 den gleichen Radius 10.
In 2 sind die Folienstücke 8 in einer Reihe nacheinander in einem vorbestimmten Abstand zueinander in Erstreckungsrichtung x der Folie 9 aus der Folie 9 ausgestanzt. Mit anderen Worten können die Folienstücke 8 side-by-side ausgestanzt werden. Insgesamt werden senkrecht zur Erstreckungsrichtung x der Folie 9 drei Reihen mit jeweils vier Folienstücken 8 also insgesamt zwölf Folienstücke 8 ausgestanzt. In 2 weisen die ausgestanzten Folienstücke 8 eine runde Form auf. Die Anzahl der Folienstücke 8 und die Anzahl der Reihen richten sich nach einer Ausdehnung beziehungsweise Größe des auszustanzenden Folienstücks 8 beziehungsweise der auszustanzenden Folienstücke 8. Nach der Ausführungsform von 2 hängt die Größe des Folienstücks 8 von dem Radius 10 ab.
Die Art des Ausstanzens, wie sie in 2 gezeigt ist, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die jeweiligen Mittelpunkte 11 der ausgestanzten Folienstücke 8 in den jeweiligen Reihen in Erstreckungsrichtung x der Folie 9 nebeneinander angeordnet sind. Wie 2 zu entnehmen ist, sind drei Reihen senkrecht zur Erstreckungsrichtung x nebeneinander angeordnet. Die Mittelpunkte 11 der ausgestanzten Folienstücke 8 einer Reihe liegen in Erstreckungsrichtung x auf einer Geraden, welche sich parallel zu einer Kante der Folie 9 erstreckt. Die Reihen der Folienstücke 8 sind senkrecht zur Erstreckungsrichtung x angeordnet und erstrecken sich parallel in Erstreckungsrichtung x zueinander. Die Abstände der Folienstücke 8 zueinander sind gleich. Die Folienstücke 8 können reihenweise, also als Reihe, ausgestanzt werden. Die Reihen werden parallel zueinander aus der Folie 9 ausgestochen, sodass die Mittelpunkte 11 der Folienstücke 8 der jeweiligen Reihen senkrecht zur Erstreckungsrichtung x zueinander angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind in 2 in 3 für die Flächenstücke 8 jeweils nur ein Radius 10 und ein Mittelpunkt 11 eingezeichnet.
In der nachfolgenden Tabelle (Tabelle 1) ist beispielhaft für unterschiedliche Folienflächen eine Ausbeute an Folienstücken 8 beziehungsweise Diffusoren als Optikelemente 6 pro vorgegebene Folienfläche ermittelt worden.
Dabei wurden die Diffusoren nach der ersten Ausstanzvariante ausgestanzt. Die Folie 9 ist dabei rechteckig ausgebildet. Die Ausbeute berechnet sich prozentual durch die Summe der Einzelflächen der Diffusoren bezogen auf die Folienfläche.
Als Rahmenbedingungen wurde vorgegeben, dass die Diffusoren eine runde Querschnittsgeometrie aufweisen. Bei der Berechnung wurde als Radius des Diffusors ein Radius von 3,05 cm angenommen. Der Abstand zwischen den Diffusoren und von dem Diffusor zu einem Rand der Folie 26 wurde auf 0,5 cm gesetzt. Das heißt, es wurde zwischen den auszustanzenden Diffusoren und dem Folienrand und zwischen den Diffusoren untereinander ein Austanzabstand von 0,5 cm vorgegeben. Das verwendete Silikon weist eine Dichte von 1,4 g/cm³ auf.

Bei den Auswertungen wurden eine Länge und eine Breite der Folie 9 vorgegeben. Aus der vorgegebenen Folienfläche konnte eine Stückzahl an auszustanzenden Diffusoren (Stück pro Fläche) pro Folienfläche bestimmt werden. Die Fläche der Diffusoren ergibt sich aus der Summe der Einzelflächen der Diffusoren. Die Fläche der einzelnen Diffusoren wurde als Kreisfläche mit einem vorgegeben Radius von 3,05 cm berechnet. In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Auswertung aufgelistet. Tabelle 1

Stück pro Fläche	Länge [cm]	Breite [cm]	Fläche Folie [cm²]	Fläche Diffusoren [cm²]	Ausbeute [%]
1	6,60	7,10	46,86	29,22	62,37
2	6,60	13,70	90,42	58,45	64,64
3	6,60	20,30	133,98	87,67	65,44
4	6,60	26,90	177,54	116,90	65,84
5	6,60	33,50	221,10	146,12	66,09
6	6,60	40,10	264,66	175,35	66,25
7	6,60	46,20	304,92	204,57	67,09

In 3 sind die Folienstücke 8 versetzt zueinander ausgestanzt. Die auszustanzenden Folienstücke 8 weisen den gleichen Radius wie die auszustanzenden Folienstücke 8 in 2 auf. Im Vergleich zu 2 werden die Folienstücke 8 in vier Reihen senkrecht zur Erstreckungsrichtung x ausgestanzt. In einer ersten Reihe sind vier Folienstücke 8 in Erstreckungsrichtung x der Folie 9 nebeneinander ausgestanzt. In einer zweiten Reihe sind drei Folienstücke 8 in Erstreckungsrichtung x der Folie 9 nebeneinander angeordnet. Dabei werden die Folienstücke 8 der zweiten Reihe so ausgestanzt, dass jeweils ein auszustanzendes Folienstück 8 in der zweiten Reihe zentrisch unterhalb zwischen zwei Folienstücken 8 der ersten Reihe angeordnet ist. Würden die Mittelpunkte 11 (zwei Folienstücke 8 aus der ersten und eines der zweiten Reihe) dieser drei Folienstücke 8 verbunden werden, so würde sich ein gleichseitiges Dreieck ergeben. In einer dritten Reihe sind, analog zur ersten Reihe, vier Folienstücke 8 in Erstreckungsrichtung x der Folie 9 nebeneinander ausgestanzt. In der vierten Reihe sind, wie auch in der zweiten Reihe, drei Folienstücke 8 in Erstreckungsrichtung x der Folie 9 nebeneinander jeweils zentrisch unterhalb zwischen zwei benachbarten Folienstücken 8 der dritten Reihe angeordnet. Die Folienstücke 8 einer Reihe sind alternierend zu den Folienstücken 8 der nächsten Reihe ausgestanzt. Die Reihen werden parallel zueinander aus der Folie 9 ausgestochen, sodass die Mittelpunkte 11 der Folienstücke 8 der jeweiligen Reihen senkrecht zur Erstreckungsrichtung x zueinander angeordnet sind. Damit die Folienstücke 8 pro Reihe versetzt zueinander ausgestochen werden können, können die Folienstücke 8 reihenweise, also als Reihe, ausgestanzt werden. Die jeweiligen Reihen werden dann parallel zueinander aber versetzt zueinander ausgestochen. Nach der zweiten Ausstanzvariante kann die Ausbeute der auszustanzenden Folienstücke 8 aus einer Folie 9 im Vergleich zu der ersten Ausstanzvariante erhöht werden. Das beispielhaft auch in der nachfolgenden Tabelle gezeigt.

In der nachfolgenden Tabelle (Tabelle 2) ist beispielhaft für unterschiedliche Folienflächen eine Ausbeute an Folienstücken 8 beziehungsweise Diffusoren als Optikelemente 6 pro vorgegebene Folienfläche ermittelt worden. Dabei wurden die Diffusoren nach der zweiten Ausstanzvariante ausgestanzt. Als Rahmenbedingungen gelten auch bei dieser Auswertung nach der unten stehenden Tabelle die gleichen Rahmenbedingungen, wie sie bereits zur ersten Ausstanzvariante aufgeführt wurden. Tabelle 2

Stück pro Fläche	Länge [cm]	Breite [cm]	Fläche Folie [cm²]	Fläche Diffusoren [cm²]	Ausbeute [%]
1	6,60	7,10	46,86	29,22	62,37
3	11,43	13,70	156,61	87,67	55,98
5	11,43	20,30	232,06	146,12	62,97
7	11,43	26,90	307,51	204,57	66,53
9	11,43	33,50	382,96	263,02	68,68
11	11,43	40,10	458,40	321,47	70,13
13	11,43	46,70	533,85	379,92	71,17

Insgesamt sind somit Diffusoren aus Silikon und ein Verfahren zum Herstellen von Diffusoren auf Silikonbasis durch Strangpressen und Stanzen beschrieben.
Zurzeit werden runde Diffusoren aus Kunststoff oder Glas durch Spritzgießen hergestellt. Dazu werden als Kunststoffe beispielsweise Polycarbonate oder PMMA eingesetzt. Derartige Kunststoffe sind nicht stabil genug, um blaues Licht bei einer Emissionstemperatur von 80°C standzuhalten.
Glas als Werkstoff für Diffusoren hat den Nachteil, dass es besonders teuer ist. Runde Diffusoren aus Glas müssen ferner aus einer Glasscheibe geschnitten werden, was den Herstellungsprozess deutlich aufwendiger gestaltet. Diffusoren aus Glas haben ferner den Nachteil, dass nur deren Oberfläche behandelt werden kann, um vorgegebene diffusive Eigenschaften des Diffusors einstellen zu können.
Volumendiffusoren, welche hingegen aus Silikon bestehen, können deutlich höheren Bestrahlungsstärken bei blauem Licht oder bei UV-Strahlung standhalten als Diffusoren aus einem thermoplastischen Material, wie beispielsweise Polycarbonate oder PMMA. Diffusoren auf Silikonbasis können zum Beispiel hohen Bestrahlungsstärken von über 5000 lm standhalten.
Silikone weisen elastische und duroplastische Eigenschaften auf. Entsprechend haben Werkstoffe auf Silikonbasis sich bei mechanischen Tests, wie zum Beispiel dem Federhammer Test oder dem Kugelfall Test (englisch Ball Drop Test) oder dem Kugeldruckversuch (englisch Ball Indentation Test), besonders gut bewährt.
Die diffusiven Eigenschaften von Diffusoren können durch eine Einstellung der Partikelkonzentration der Streupartikel oder durch eine Einstellung der Partikelgrößenverteilung der Streupartikel besonders genau angepasst werden. Gerade wenn Silikon als Basiswerkstoff eingesetzt wird, können die Streupartikel besonders genau und gleichmäßig in der Silikonmasse verteilt werden. Die Partikel oder Streupartikel bestehen zum Beispiel aus Aluminiumoxid und/oder Siliciumdioxid und/oder Titandioxid.
Ein günstiges Herstellungsverfahren von Diffusoren auf Silikonbasis ist das Strangpressen zu einer Diffusorfolie und das anschließende Ausstanzen der Diffusoren aus der Diffusorfolie. Beispielsweise können die Folienstücke sequenziell nacheinander oder als Reihe, in der sich mehrere Folienstücke befinden, ausgestanzt werden. Aus einer Folie können mehrere Reihen ausgestanzt werden. Die Diffusorfolie kann auch durch Walzen hergestellt werden. Derartige Herstellungsprozesse zur Herstellung von Diffusorfolien haben den Vorteil, dass es sich bei diesen Herstellungsprozessen um gängige Prozesse handelt. Entsprechend ist die Herstellung von Diffusorfolien durch Strangpressen oder Walzen besonders wirtschaftlich.
Nach dem Herstellungsprozess der Diffusorfolie kann die Folie noch beschichtet oder die Oberfläche bearbeitet werden. Als Beschichtung kann zum Beispiel eine Antireflexbeschichtung oder eine Antistaubbeschichtung aufgetragen werden. Alternativ kann durch eine Oberflächenbearbeitung auch die Oberflächenstruktur erzeugt werden, sodass die Oberfläche der Folie eine Antireflexwirkung und/oder eine Antistaubwirkung aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtmodul
2: Leuchtmittel
3: Leiterplatte
4: Gehäuse
5: Komponente
6: Optikelement
7: Kühlelement
8: Folienstück
9: Folie
10: Radius
11: Mittelpunkt
X: Erstreckungsrichtung

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmoduls (1), welches ein Leuchtmittel (2) umfasst, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen eines Werkstoffs; b) Herstellen eines Optikelements (6) aus dem Werkstoff; c) Anordnen des Optikelements (6) in einem vorbestimmten Abstand zu dem Leuchtmittel (2) derart, dass eine von dem Leuchtmittel (2) emittierte Strahlung auf das Optikelement (6) gerichtet wird; dadurch gekennzeichnet, dass als eine erste Werkstoffkomponente des Werkstoffs Silikon verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (6) in Schritt b) in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (6) nach dem Spritzgießen ausgehärtet wird, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 100°C und 250°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 200°C.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (6) in Schritt b) durch Strangpressen und/oder Walzen hergestellt wird, wobei der Werkstoff derart verarbeitet wird, dass eine Folie (9) mit einer vorbestimmten Foliendicke aus dem Werkstoff erzeugt wird und aus der Folie (9) ein Folienstück (8) ausgestanzt wird, wobei das Folienstück (8) das Optikelement (6) bildet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff nach dem Strangpressen und/oder Walzen ausgehärtet wird, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 100°C und 250°C, bevorzugt bei einer Temperatur von 200°C.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (9) mit einer Foliendicke von 0,5 mm bis 3 mm, insbesondere von 2 mm, erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der Folie bearbeitet wird, insbesondere chemisch oder mittels eines oxidativ wirkenden Plasmas modifiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausstanzen des Folienstücks (8) eine Ausstanzform mit einer vorbestimmten Geometrie, insbesondere mit einer runden Querschnittsgeometrie, verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Folienstücke (8) aus der Folie (9) ausgestanzt werden, wobei die jeweiligen Folienstücke (8) mit einem vorbestimmten Abstand von 0,1 cm bis 1,0 cm, insbesondere mit einem vorbestimmten Abstand von 0,5 cm, zueinander aus der Folie (9) ausgestanzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff eine zweite Werkstoffkomponente umfasst, wobei als zweite Werkstoffkomponente Partikel, insbesondere Partikel aus Aluminiumoxid und/oder Titandioxid, bereitgestellt werden, wobei zum Bereitstellen des Werkstoffs die erste Werkstoffkomponente mit den Partikeln versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel mit einer Partikelgröße von 100 nm bis 20 μm, insbesondere mit einer Partikelgröße von 100 nm bis 1000 nm und/oder einer Partikelgröße von 2 μm bis 20 μm, verwendet werden.
Leuchtmodul (1), welches ein Leuchtmittel (2) und ein Optikelement (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstoff des Optikelements (6) als eine erste Werkstoffkomponente Silikon umfasst.
Leuchtmodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (6) als Diffusor, insbesondere als Volumendiffusor, ausgebildet ist.
Verwendung eines Optikelements (6) in einem Leuchtmodul (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstoff des Optikelements (6) als eine erste Werkstoffkomponente Silikon umfasst.