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Die Erfindung betrifft ein Leuchtmittel mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Leuchtelement, wobei das Gehäuse zumindest eine Gehäusewand aufweist, die zumindest teilweise Silikonmaterial aufweist und eine erste Gaspermeabilität aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Leuchteinrichtung mit einem Leuchtmittel und einem Vorschaltgerät, an das das Leuchtmittel in einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Leuchteinrichtung elektrisch angeschlossen ist. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines Leuchtmittels, bei dem ein Gehäuse mit zumindest einer Gehäusewand bereitgestellt wird, die zumindest teilweise Silikonmaterial aufweist und eine erste Gaspermeabilität aufweist, und bei dem ein Leuchtelement im Gehäuse angeordnet wird.
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Leuchtmittel, Leuchteinrichtungen sowie auch Verfahren zum Herstellen von Leuchtmitteln sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Das Leuchtmittel kann beispielsweise eine Glühlampe, eine Gasentladungslampe, insbesondere aber auch ein halbleiterbasiertes Leuchtmittel wie eine Leuchtdiode, eine Laserdiode, ein Laserscanner, Kombinationsschaltungen hiervon und/oder dergleichen umfassen. Das Leuchtmittel dient als Lichtquelle für den Einsatz in einer Leuchteinrichtung. Die Leuchteinrichtung dient ihrerseits dazu, in vorgebbarer Weise Licht zum Zwecke der Beleuchtung abzugeben.
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Insbesondere bei Leuchteinrichtungen, die Leuchtmittel basierend auf halbleiterbasierten Leuchtmitteln nutzen, werden heutzutage Gehäuse aus Kunststoff eingesetzt, wobei als Kunststoff vorzugsweise Silikonmaterial Verwendung findet. Das Gehäuse kann gegebenenfalls auch weitere Zusatzeinrichtungen aufnehmen, beispielsweise optisch aktive Elemente oder diese mittels geeigneter Gehäuseeigenschaften bereitstellen, sodass eine vorgegebene Lichtemission durch das Leuchtmittel erreicht werden kann. Solche optisch aktiven Elemente können beispielsweise Linsen, Prismen, Spiegel und/oder dergleichen sein.
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Die Leuchteinrichtung umfasst üblicherweise das Vorschaltgerät, welches dazu dient, das Leuchtmittel in vorgebbarer Weise mit elektrischer Energie zu versorgen, sodass das Leuchtmittel in ebenfalls vorgebbarer Weise Licht emittiert. Die Leuchteinrichtung stellt dann das von dem Leuchtmittel emittierte Licht für unterschiedlichste Beleuchtungsfunktionen zur Verfügung. Insbesondere bei Leuchtmitteln, die gemäß einer vorgegebenen Schutzart, englisch auch International Protection (IP) genannt, ausgebildet sind. Die Schutzart gibt die Eignung von elektrischen Betriebsmitteln, zum Beispiel Geräten, Leuchteinrichtungen, insbesondere Leuchtmitteln, und Installationsmaterial, für verschiedene Umgebungsbedingungen an. Zusätzlich gibt die Schutzart den Schutz von Menschen gegen potentielle Gefährdung bei deren Benutzung IPgeschützten Leuchtmitteln an.
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Besonders bei Leuchtdioden, beispielsweise Leuchtdioden-Streifen, ist es üblich, das Gehäuse beziehungsweise eine Schutzeinheit aus Silikonmaterial auszubilden. Vorzugsweise wird ein transparentes Silikonmaterial genutzt, sodass das von dem Leuchtelement, beispielsweise einer oder mehrerer Leuchtdioden, emittiertes Licht die Gehäusewand des Gehäuses passieren kann. Das gewählte Silikonmaterial ist für das emittierte Licht möglichst transparent, sodass eine hohe Lichtausbeute erreicht werden kann.
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Auch wenn sich der Einsatz von Silikonmaterial als Werkstoff für das Gehäuse beziehungsweise als Schutzschicht bewährt hat, zeigen sich dennoch Nachteile. So hat sich herausgestellt, dass das Leuchtelement trotz des durch das Gehäuse bereitgestellten Schutzes, insbesondere durch unpolare, gasförmige Agenzien wie Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid und/oder dergleichen beeinträchtigt werden kann, und zwar unter anderem wegen einer hohen Gaspermeabilität des Silikonmaterials.
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Es sind Gehäuse mit geringer Gaspermeabilität bekannt. Derartige Gehäuse haben jedoch den Nachteil hinsichtlich einer geringen Flexibilität, ungünstigen optischen Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf eine geringe Transmissionsfähigkeit in Bezug auf das vom Lichtelement emittierte Licht und/oder auch Mängel hinsichtlich einer Langzeitstabilität, beispielsweise in Bezug auf Vergilben und/oder dergleichen. Der Einsatz von Silikonmaterial vermeidet die vorgenannten Probleme, hat jedoch den Nachteil der hohen Gaspermeabilität.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leuchtmittel sowie eine mit dem Leuchtmittel ausgerüstete Leuchteinrichtung bezüglich der Einwirkung von gasförmigen Stoffen zu verbessern und ein Herstellungsverfahren hierfür anzugeben.
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Mit der Erfindung werden ein Leuchtmittel, eine Leuchteinrichtung sowie ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Mit der Erfindung wird für ein gattungsgemäßes Leuchtmittel insbesondere vorgeschlagen, dass auf die Gehäusewand eine Schicht aus einem von dem Silikonmaterial verschiedenen Material zur Reduktion der Gaspermeabilität aufgebracht ist, sodass die beschichtete Gehäusewand eine zweite Gaspermeabilität besitzt, die kleiner als die erste Gaspermeabilität ist.
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Hinsichtlich einer gattungsgemäßen Leuchteinrichtung wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass das Leuchtmittel gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
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Verfahrensseitig wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass auf die Gehäusewand eine Schicht aus einem von dem Silikonmaterial verschiedenen Material zur Reduktion der Gaspermeabilität aufgebracht wird, sodass die beschichtete Gehäusewand eine zweite Gaspermeabilität besitzt, die kleiner als die erste Gaspermeabilität ist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass das zumindest teilweise aus Silikonmaterial gebildete Gehäuse beziehungsweise die Gehäusewand durch eine zusätzliche Schicht aus einem geeigneten Material hinsichtlich der Gaspermeabilität verbessert werden kann, sodass die Einwirkung von Gas auf das Leuchtelement reduziert werden kann. Dabei nutzt die Erfindung, dass die gebildete Schicht gut in Verbindung mit dem Silikonmaterial hergestellt werden kann. Durch die Schicht kann somit eine Schutzschicht bereitgestellt werden, die mit der Gehäusewand beziehungsweise dem Gehäuse verbunden, vorzugsweise einstückig ausgebildet, ist und die Gasdurchlässigkeit beziehungsweise die Gaspermeabilität reduziert. Dabei kann durch Wahl eines geeigneten Materials erreicht werden, dass die durch das Leuchtmittel bereitgestellten Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Lichtemission und seiner mechanischen Eigenschaften, weitgehend erhalten bleiben können. Besonders vorteilhaft erweist sich dies, wenn das Leuchtmittel eine gewisse Flexibilität beziehungsweise Elastizität aufweisen soll, damit es in hochflexibler Weise in eine nahezu beliebige Leuchteinrichtung integriert werden kann.
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Besonders vorteilhaft erweist sich dies bei Leuchtmitteln, die Streifen aus Leuchtdioden als Leuchtelemente umfassen. Um den Streifen flexibel ausgestalten zu können, ist eine Gehäuseeinfassung vorzugsweise aus Silikonmaterial vorgesehen. Durch die zusätzliche Schicht gemäß der Erfindung kann bei einem solchen Leuchtdioden-Streifen die Beständigkeit gegen Einwirkungen von gasförmigen Stoffen aus der Umgebung deutlich reduziert werden.
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Die Erfindung basiert somit auf der Erkenntnis, dass sich durch Vorsehen einer zusätzlichen Schutzschicht aus einem geeigneten Werkstoff die Beständigkeit gegen Einwirkungen von Umgebungsgasen verbessern lässt.
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Die Schicht braucht nicht über die gesamte Erstreckung der Gehäusewand ausgebildet zu sein. Sie kann an oder in der Gehäusewand zumindest teilweise angeordnet werden, vorzugsweise in Bereichen, die hinsichtlich der Gaspermeabilität zu verbessern sind.
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Vorzugsweise wird die Schicht zumindest teilweise an einer Oberfläche der Gehäusewand ausgebildet. Dadurch kann sie bei einer fertiggestellten Gehäusewand beziehungsweise bei einem fertiggestellten Gehäuse auch nachträglich an der Oberfläche angeordnet und insbesondere mit dieser verbunden werden. Da die Gehäusewand beziehungsweise das Gehäuse, insbesondere in dem Bereich, in dem die Schicht mit der Gehäusewand beziehungsweise dem Gehäuse verbunden werden soll, aus Silikonmaterial besteht, kann eine nahezu unmittelbare Verbindung zwischen dem Material der Schicht und der Oberfläche erreicht werden. Zusätzliche Hilfsstoffe brauchen diesbezüglich nicht zwingend vorgesehen zu werden.
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Vorteilhaft wird vorgeschlagen, dass die Schicht an einer Oberfläche der Gehäusewand ausgebildet ist. Dadurch kann die Schicht mit einfachen Beschichtungsverfahren an einem bereits fertiggestellten Gehäuse beziehungsweise einer fertiggestellten Gehäusewand ausgebildet werden. Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, bei der Herstellung der Gehäusewand beziehungsweise des Gehäuses mit einem parallelen Fertigungsschritt die entsprechende Oberfläche mit der Schicht zu beschichten. Dadurch kann die Schicht auf einfache Weise und zuverlässig mit der Oberfläche verbunden ausgebildet werden. Darüber hinaus kann die Schicht hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen unabhängig von geometrischen Abmessungen der Gehäusewand eingestellt werden, wodurch Eigenschaften des Gehäuses beziehungsweise der Gehäusewand weitgehend nicht von der Schicht beeinflusst zu werden brauchen. Darüber hinaus kann die Schicht bedarfsgerecht angepasst mit der Oberfläche der Gehäusewand verbunden werden.
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Vorzugsweise umfasst das Material der Schicht Polyuräthan und/oder Polyvinylchlorid. Es hat sich nämlich gezeigt, dass diese Werkstoffe geeignet sind, eine Schicht mit einer guten Gasabdichtung bereitzustellen.
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Vorteilhaft weist die Schicht hierfür eine Schichtdicke in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm, vorzugsweise von etwa 0,8 mm bis etwa 1,5 mm, besonders bevorzugt von etwa 0,9 mm bis etwa 1,1 mm, auf.
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Vorzugsweise weist das Material der Schicht Parylen auf. Die Nutzung von Parylenen hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da diese die gewünschte Schutzfunktion bereitzustellen vermögen und zugleich sowohl die Lichtemissionseigenschaften sowie auch die mechanischen Eigenschaften weitgehend nicht beeinträchtigen.
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Besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn insbesondere bei Parylenen die Schicht eine Schichtdicke in einem Bereich von 0,1 µm bis 50 µm, vorzugsweise von 0,5 µm bis 10 µm, besonders bevorzugt von 0,6 µm bis 5 µm aufweist. Bei diesen Schichtdicken hat sich gezeigt, dass einerseits eine gute Gasabdichtung, insbesondere hinsichtlich der eingangs genannten problematischen Gase, erreicht werden kann, wobei zugleich eine Beeinflussung der weiteren Eigenschaften der Gehäusewand beziehungsweise des Gehäuses, beispielsweise in Bezug auf mechanische Eigenschaften wie Stabilität, thermische Beständigkeit und/oder dergleichen, weitgehend reduziert bleiben kann.
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Vorzugsweise ist die Schicht durch Parylen F oder Parylen HT gebildet. Hierbei handelt es sich um eine besondere Gruppe von Parylenen, die sich insbesondere in Verbindung mit Silikonmaterial besonders günstig verarbeiten lässt und zugleich eine besonders einfache und zuverlässige Dichtheit in Bezug auf Gas ermöglicht. Dabei hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, halogenierte, insbesondere chlorierte oder auch fluorierte Parylene, beispielsweise Parylen HT, einzusetzen.
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Als Parylene wird eine Gruppe inerte, hydrophobe, zumindest teilweise optisch transparente, polymere Beschichtungsmaterialien bezeichnet. Neben dem Kohlenwasserstoff Poly-P-Xylylen, häufig auch als Parylen N bezeichnet, finden auch halogenierte Polymere Einsatz, insbesondere Parylen HT.
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Parylene sind hydrophobe, chemisch vergleichsweise resistente Kunststoffe mit einer guten Barrierewirkung gegenüber unterschiedlichsten Stoffen, beispielsweise anorganischen oder organischen Stoffen, insbesondere Säuren, Laugen, Gasen sowie auch Wasserdampf. Dadurch, dass bereits eine dünne Schichtdicke ausreicht, eine gute Barrierewirkung erreichen zu können, können sie insbesondere eine weitgehend transparente Schicht ausbilden. Darüber hinaus weisen Parylene eine hohe Spaltgängigkeit auf, wodurch sie sich insbesondere auch für komplex gestaltete Oberflächen von Gehäusewänden eignen. Dadurch, dass Parylen unter üblichen Verarbeitungsbedingungen keine Flüssigphase aufweist, besteht bei der Verarbeitung auch nicht ein Problem hinsichtlich einer Kantenflucht oder dergleichen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Schicht wenigstens zwei Lagen aufweist, wobei die Lagen aus voneinander unterschiedlichem Material gebildet sind.
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Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien in günstiger Weise miteinander kombiniert zum Einsatz zu bringen.
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Vorzugsweise wird die Schicht zumindest teilweise mehrlagig ausgebildet, wobei eine jeweilige Lage mit einer Dicke von wenigstens 0,1 µm hergestellt wird. Die Lagen brauchen keine identische Lagendicke aufzuweisen, sondern können je nach Bedarf auch abweichend hinsichtlich ihrer Lagendicke voneinander gewählt sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine erste Lage, die unmittelbar mit der Oberfläche der Gehäusewand verbunden ist, aus Parylen HT gebildet ist, wohingegen eine zweite Lage, die auf der ersten Lage der Oberfläche gegenüberliegend aufgebracht ist, aus Parylen N besteht. Dadurch kann erreicht werden, dass bei ungünstigen Randbedingungen das Freisetzen von Halogenen, wie beispielsweise Fluor bei Parylene HT, reduziert werden kann. Darüber hinaus kann auch eine Kombination mit Polyuräthan und/oder Polyvinylchlorid vorgesehen sein.
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In dem vorgenannten Bereich der Schichtdicke sind Parylene üblicherweise mikroporenfrei sowie insbesondere auch pinholefrei.
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Vorzugsweise wird die Schicht zumindest teilweise mehrlagig ausgebildet. Die Schicht braucht also nicht über ihre gesamte Erstreckung in gleicher Weise mehrlagig ausgebildet zu sein. Somit kann die Schicht auch einen einlagigen Bereich und einen mehrlagigen Bereich umfassen. Vorzugsweise grenzen die Bereiche entsprechend aneinander. Somit braucht die Schicht insgesamt natürlich auch nicht eine homogene, im Wesentlichen gleichmäßige Schichtdicke aufzuweisen. Die Schichtdicke kann bedarfsweise variieren.
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Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn eine jeweilige Lage mit einer Dicke von wenigstens etwa 0,1 µm hergestellt wird. Eine solche Schicht kann einerseits zuverlässig auf dem Silikonmaterial aufgebracht werden und bewirkt bereits eine deutliche Reduktion der Gaspermeabilität insbesondere in Bezug auf die problematischen Gase bezüglich des Leuchtmittels.
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Ferner kann die Schichtdicke abhängig von einer Wellenlänge von durch das Leuchtelement emittierbarem Licht gewählt werden. Dadurch kann die Schichtdicke nicht nur abhängig von einem jeweiligen spezifisch ausgewählten Material, sondern ergänzend auch abhängig von dem emittierbaren Licht gewählt werden, sodass bezüglich der Lichtemission durch das Leuchtmittel durch die Schicht möglichst keine wesentliche Beeinträchtigung erfolgt. Mit den vorgenannten Schichtdicken beziehungsweise Lagendicken kann dies erreicht werden. Dabei kann eine Transmission des jeweils spezifisch ausgewählten Parylens berücksichtigt werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Schicht mittels eines Abscheidungsverfahrens aus der Gasphase, eines Extrusionsverfahrens, eines Sprühverfahrens und/oder eines Tauchverfahrens bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die Schicht durch eine chemische Gasphasenabscheidung des jeweiligen spezifischen Parylens erzeugt werden. Je nach spezifisch ausgewähltem Parylen kann als Ausgangsmaterial P-Xylol oder auch ein entsprechend halogeniertes Derivat gewählt sein. Für die chemische Gasphasenabscheidung kann dieses Ausgangsmaterial verdampft und durch eine Hochtemperaturzone geleitet werden. Dabei kann sich ein reaktives [2,2]-Paracyclophan ausbilden, das zu einem 1,4-Chinodimethan zerfällt. Das Chinodimethan polymerisiert auf der Oberfläche zum entsprechenden Poly-P-Xylylen. Bei haloginierten Derivaten ergeben sich entsprechende Verhältnisse.
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Erfolgt die Beschichtung selbst ohne Temperaturbeanspruchung der Substrate, beispielsweise bei Raumtemperatur im Vakuum, kann ein hoher Korrosionsschutz und eine gleichförmige Schichtausbildung erreicht werden, die, abhängig vom jeweiligen spezifisch ausgewählten Derivat der Parylene, teilweise bis zu einer Temperatur von 350 °C, wie bei Parylen HT, temperaturstabil sein kann, mechanisch stabil sein kann und niedrige mechanische Spannungen hervorruft, abriebfest ist und bei der im Wesentlichen ein Ausgasen vermieden werden kann. Gegebenenfalls kann eine solche Schicht durch ein Niederdruckplasma oder andere Haftvermittler aktiviert werden.
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Als Ausgangsmaterial kann also ein Dimer des jeweiligen spezifisch ausgewählten Parylens verwendet werden, welches in der Gasphase sich zu einem Monomer zersetzt, wobei bei der Abscheidung auf der zu beschichtenden Oberfläche das jeweilige Polymer des Parylens gebildet wird.
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Für das Abscheidungsverfahren aus der Gasphase kann die zu beschichtende Oberfläche in einer entsprechend ausgebildeten Gasabscheidungskammer angeordnet werden. Vorzugsweise kann eine Plasmavorbehandlung direkt in der Kammer erfolgen. Der Beschichtungsprozess kann dadurch ausgeführt werden, dass der entsprechende Ausgangsstoff für das ausgewählte Parylen in die Kammer eingebracht wird, der Ausgangsstoff bereits bei einer vergleichsweise geringen Temperatur zerfällt, wodurch hochreaktive Moleküle gebildet werden, die sich sodann auf der zu beschichtenden Oberfläche niederschlagen, um die Schicht auszubilden.
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Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, die Schicht mittels eines Tauchverfahrens bereitzustellen, bei dem eine entsprechende Lösung bereitgestellt wird, in die die zu beschichtende Oberfläche eingetaucht wird, wobei sich im eingetauchten Zustand die Schicht aus dem entsprechend ausgewählten Materials auf der Oberfläche abscheidet.
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Bei Polyuräthan beziehungsweise Polyvinylchlorid kann diesbezüglich ein Tauch- oder Sprühverfahren zum Einsatz kommen. Es kann aber auch vorgesehen sein, einen ebenen Streifen herzustellen, der im Rahmen einer Extrusion auch die Gehäusewand aufgebracht wird.
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Es ist ferner möglich, bei der Herstellung der Schicht zusätzliche Partikel, beispielsweise Pigmente, Diffusionspartikel und/oder dergleichen zusätzlich in der Abscheidungsphase in der Schicht mit abzuscheiden, beispielsweise um optische Eigenschaften einstellen zu können.
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Bei dem Extrusionsverfahren kann vorgesehen sein, dass ein zuvor hergestellter Streifen aus einem Trägermaterial, beispielsweise aus Polyurethan, Polyvinylchlorid oder dergleichen mit der entsprechenden Schicht aus Parylen beschichtet wird, und ein derartiger Streifen während der Extrusion der Gehäusewand beziehungsweise des Gehäuses in das Extrusionsverfahren eingebracht wird, damit der Streifen entsprechend auf der Oberfläche, die beschichtet werden soll, aufgebracht werden kann. Auch hierdurch kann auf einfache Weise und kostengünstig eine entsprechende Beschichtung erreicht werden.
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Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, bei einem Tauchverfahren die entsprechende Oberfläche der Gehäusewand beziehungsweise des Gehäuses in eine entsprechende Flüssigkeit einzutauchen. Im eingetauchten Zustand wird dann die entsprechende Schicht auf der Oberfläche ausgebildet.
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Insbesondere kann mit der Erfindung somit erreicht werden, dass durch die zusätzliche Schicht, beispielsweise nach Art einer Beschichtung, eine Abdichtung des Silikonmaterials erreicht werden kann, wobei die mit der Erfindung aufgebrachte Schicht insbesondere auch eine hohe Stabilität hinsichtlich blauem Licht und Langzeiteinwirkungen aufweist. Darüber hinaus kann die Schicht eine gute Transparenz bezüglich Licht und/oder eine hohe Flexibilität aufweisen. Deshalb kann die Schicht auch unmittelbar mit dem Silikonmaterial verbunden werden, ohne dass hier mechanische Probleme auftreten können. Dabei kann die Gaspermeabilität deutlich reduziert werden.
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Mit der Erfindung ist es also möglich, Anwendungen, die auf bestimmte Gase empfindlich reagieren und die für eine reine Abdichtung auf Basis von Silikonmaterial nicht geeignet sind, zu verbessern.
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Die Erfindung kann insbesondere auch auf Endprodukte angewendet werden, wenn dies erforderlich ist. Dabei können unterschiedliche Beschichtungsverfahren genutzt werden, die unterschiedliche Funktionalitäten erreichen können, wie beispielsweise das Abscheidungsverfahren aus der Gasphase, welches eine sehr gute Dichtwirkung bei einer sehr dünnen Schichtdicke ermöglicht, oder eine Flüssigkapselung beziehungsweise Extrusion, welche es erlaubt, zusätzliche Funktionalität bei dem Produkt vorzusehen, beispielsweise in Bezug auf Farbe, Diffusion, Lichttemperatur und/oder dergleichen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass ein Parylen derart ausgewählt wird, dass die Schicht einen Brechungsindex in einem Bereich von etwa 1,5 bis etwa 1,9, vorzugsweise in einem Bereich von etwa 1,6 bis etwa 1,65, aufweist. Dadurch kann die Schicht einen Brechungsindex aufweisen, der möglichst nah am Berechnungsindex des Silikonmaterials ist, auf dessen Oberfläche die Schicht aufgebracht wird. Ungünstige optische Beugungseigenschaften können dadurch weitgehend vermieden werden. Die Schicht kann deshalb derart ausgebildet werden, dass sie die Lichtemission des Leuchtmittels im Wesentlichen nicht beeinflusst.
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Die für das erfindungsgemäße Leuchtmittel angegebenen Wirkungen und Vorteile gelten gleichermaßen für die mit dem erfindungsgemäßen Leuchtmittel ausgerüstete Leuchteinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Insbesondere können für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und umgekehrt formuliert sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren zu entnehmen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und Funktionen.
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Es zeigen:
- 1 in schematischer Blockdarstellung eine grundlegende Verfahrensführung zur Herstellung eines Leuchtmittels gemäß der Erfindung,
- 2 eine konkretisierte schematische Darstellung basierend auf 1, bei der zwei alternative Verfahrensführungen zur Herstellung einer Schicht für ein Leuchtmittel gemäß der Erfindung dargestellt sind,
- 3 eine schematische Darstellung der Verfahrensführung zur Bereitstellung eines Leuchtmittels mit einer Schicht aus Parylene durch eine Gasabscheidung gemäß der Erfindung, und
- 4 eine schematische Darstellung wie 3, bei der jedoch eine Schicht aus Polyurethan bereitgestellt wird gemäß der Erfindung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein nicht weiter bezeichnetes Leuchtmittel mit einem Gehäuse 10 und einem in dem Gehäuse 10 angeordneten Leuchtelement, welches ebenfalls nicht weiter bezeichnet ist. Das Gehäuse 10 weist eine Gehäusewand 16 auf, die vorliegend aus Silikonmaterial gebildet ist. In einem linken Bereich von 1 ist das Leuchtmittel in einem unbeschichteten Zustand dargestellt.
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Das Leuchtmittel wird sodann einem Beschichtungsprozess 12 unterzogen, sodass auf der Gehäusewand 16 des Gehäuses 10 eine Schicht 18, 28 aus einem Material mit einer niedrigen Gaspermeabilität angeordnet ist. Das beschichtete Gehäuse ist im rechten Bereich von 1 dargestellt und - je nach Beschichtungsprozess - mit dem Bezugszeichen 14 beziehungsweise 26 gekennzeichnet.
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2 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung basierend auf 1 zwei unterschiedliche Beschichtungsprozesse 12, mittels denen das Gehäuse 10 mit einer geeigneten Beschichtung versehen werden kann.
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In einem linken Bereich von 2 ist wieder das unbeschichtete Leuchtmittel beziehungsweise das Gehäuse 10 des Leuchtmittels wie in 1 dargestellt. Als Beschichtungsprozess 12 sind hier jedoch zwei unterschiedliche Beschichtungsprozesse vorgesehen, nämlich einerseits ein chemisches Abscheidungsverfahren 22 aus der Gasphase sowie ein Tauchverfahren 24. Die beiden Verfahren 22, 24 werden im Folgenden weiter erläutert. Sie können alternativ oder ergänzend vorgesehen sein.
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Das Abscheidungsverfahren 22 aus der Gasphase basiert darauf, als Material mit niedriger Gaspermeabilität ein geeignetes Parylen zu verwenden. Vorliegend ist hierfür das Parylen HT vorgesehen. Alternativ kann auch das Parylen F vorgesehen sein.
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Das Parylen wird in einer nicht weiter dargestellten Kammer eingeführt, die für ein chemisches Abscheidungsverfahren aus der Gasphase geeignet ist, auch Chemical Vapor Deposition (CVD) genannt. Hierbei kann eine Plasmavorbehandlung direkt in der Kammer ausgeführt werden. Der Beschichtungsprozess wird dadurch ausgeführt, dass in der Kammer ein Parylen-Ausgangsstoff angeordnet wird, der bereits bei einer geringen Temperatur zersetzt wird, wodurch hochreaktive Moleküle gebildet werden. Diese Moleküle schlagen sich auf der Oberfläche des Gehäuses 10 beziehungsweise der Gehäusewand 16 nieder und bilden einen Film, der eine Schicht 28 bildet.
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Üblicherweise wird das ausgewählte Parylen in Form eines Dimers bereitgestellt. In der Kammer wird dann ein Gas aus Monomeren gebildet, die entsprechend reaktiv sind. Bei der Abscheidung auf der Oberfläche der Gehäusewand 16 beziehungsweise des Gehäuses 10 wird unmittelbar ein Polymer gebildet, welches die Schicht 28 aus Parylen ausbildet. Die Schichtdicke liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 50 µm. Dieses Abscheidungsverfahren ist in 2 in einem rechten oberen Bereich dargestellt.
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Durch das Abscheidungsverfahren 22 aus der Gasphase kann eine sehr dünne Schicht 28 mit einer Schichtdicke in einem Bereich von etwa 0,1 µm bis etwa 50 µm erreicht werden, wobei jedoch eine gute Abdichtung bezüglich der schädlichen Gaseinwirkung erreicht werden kann. Eine gute Gasabdichtung kann selbst bei sehr dünnen Schichtdicken erreicht werden.
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Dabei zeigt sich, dass die Schicht 28 eine sehr gute Verbindung mit dem Silikonmaterial eingeht, sodass eine zuverlässige dauerhafte Verbindung bereitgestellt ist. Zugleich ermöglicht das Parylen, dass eine Flexibilität, die durch das Silikonmaterial bereitgestellt ist, im Wesentlichen erhalten bleibt. Dies gilt auch für optische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Transparenz. Die durch Parylen gebildete Schicht 28 weist eine hohe Transparenz auf. Dabei kann ein Brechungsindex des Parylens je nach ausgewähltem Parylen eingestellt werden. Parylene haben in der Regel einen Brechungsindex von etwa 1,64, wobei Parylen F und Parylen HT einen Brechungsindex von 1,60 aufweisen. Besonders Parylen F und Parylen HT sind darüber hinaus stabil in Bezug auf ultraviolettes Licht. Dieser Beschichtungsprozess benötigt keine Masken und eignet sich insbesondere für Anwendungen mit einem großen Lichtstrom.
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Im unteren rechten Bereich ist ein weiterer Beschichtungsprozess 12 dargestellt, nämlich ein Tauchverfahren 24. Als Material mit niedriger Gaspermeabilität kann hier Polyuräthan (PU) oder auch Polyvinylchlorid (PVC) oder dergleichen ausgewählt sein. Die Schicht wird hier mittels eines Tauchverfahrens bereitgestellt.
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Dazu wird das Gehäuse 10 beziehungsweise die zu beschichtende Gehäusewand 16 in eine Flüssigkeit mit dem ausgewählten Stoff eingetaucht, sodass eine Schicht 18 ausgebildet wird. Dadurch wird das Leuchtmittel bereitgestellt. Alternativ kann hier auch ein Extrusionsverfahren vorgesehen sein, mittels dem die Schicht 18 bereitgestellt werden kann.
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Dieses Tauchverfahren 24 eignet sich insbesondere für Schichtdicken der Schicht 18 in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 5 mm. Als Material mit niedriger Gaspermeabilität können Materialien zum Einsatz kommen, wie zum Beispiel PU, PVC und/oder dergleichen.
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Bei sensitiven Materialien in Bezug auf blaues Licht kann vorgesehen sein, dass dieses Material nicht unmittelbar mit einer Oberfläche des Leuchtelements in Verbindung kommt. Das Leuchtelement kann vorzugsweise eine Leuchtdiode oder auch eine Leuchtdiodenanordnung sein. Vorzugsweise ist es auch nicht einer hohen Temperatur des Leuchtelements, insbesondere einer Oberfläche des Leuchtelements, ausgesetzt. Aufgrund der größeren Schichtdicke gegenüber dem zuvor beschriebenen Abscheidungsverfahren aus der Gasphase und in Bezug auf einem gegenüber dem Silikonmaterial unterschiedlichen Brechungsindex können optische Eigenschaften beeinflusst werden.
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Das Tauchverfahren 24 kann unter Nutzung einer Tauchform oder auch mittels Eintauchen eines Basisstreifens zum Ausbilden der Schicht 18 ausgeführt werden. Bei einem Extrusionsverfahren kann eine Koextrusion vorgesehen sein. Hierfür kann zum Beispiel ein gegossener Streifen aus dem Material hergestellt werden, welcher zum Beispiel gewöhnliche rechteckförmige Abmessungen aufweist. Dadurch kann eine einfache Extrusion erreicht werden, insbesondere eine Koextrusion, bei der auch zumindest teilweise das Gehäuse 10 beziehungsweise die Gehäusewand 16 hergestellt wird.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung unterschiedliche Schritte des Tauchverfahrens unter Nutzung einer Form.
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In einem ersten Schritt 30 wird eine Form 50 bereitgestellt, die im Wesentlichen nach Art einer Wanne ausgebildet ist und deren Abmessungen die Abmessungen des Leuchtmittels, insbesondere dessen Gehäuse 10, übersteigen. In einem darauffolgenden Schritt 32 wird eine vorgegebene Menge an Polyurethan 20 für die Schicht 18 in einem flüssigen Zustand in die Form 50 eingegeben. In einem nächsten Schritt 34 wird das Leuchtmittel mit seinem Gehäuse 10 in die mit Polyurethan 20 für die Schicht 18 in einer vorgegebenen Menge befüllte Form 50 eingetaucht, sodass eine Unterseite des Gehäuses 10 mit dem Polyurethan beschichtet wird.
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In einem folgenden Schritt 36 wird sodann weiteres Polyurethan eingefüllt, bis das Gehäuse 10 des Leuchtmittels vollständig von Polyurethan für die Schicht 18 umgeben ist. Die Abmessungen der Form 50 sind dabei derart gewählt, dass im Endzustand die gewünschte Schichtdicke der Schicht 18 von Polyurethan bereitgestellt wird.
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In der Form wird sodann ein Aushärten ausgeführt und anschließend das beschichtete Leuchtmittel in einem Schritt 38 aus der Form 50 ausgebracht. Damit weist das Leuchtmittel nunmehr die gewünschte geringe Gaspermeabilität aufgrund der Schicht 18 auf.
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Eine zweite Ausgestaltung für ein Tauchverfahren nach Art von Eintauchen ist anhand von 4 dargestellt. Dieses Verfahren eignet sich vor allem für Anwendungen, bei denen die Genauigkeit der Abmessungen und der Oberflächeneigenschaften weniger hoch sind.
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In einem linken Bereich ist in einem ersten Schritt 40 das Gehäuse 10 des Leuchtmittels dargestellt. In einem weiteren Schritt 42 ist eine Wanne 48 dargestellt, in der flüssiges Polyurethan 20 angeordnet ist.
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Der Basisstreifen wird in die Wanne 48 in das Polyurethan 20 eingetaucht und anschließend aus der Wanne 48 wieder entfernt. In einem folgenden Schritt 44 erfolgt ein Aushärten der Schicht 18 aus Polyurethan 20 auf dem Basisstreifen. Durch rechteckiges Abtropfen nach dem Eintauchen mit rechteckigem Aushärten kann die Homogenität der Schichtdicke des Polyurethans 20 verbessert werden. Der Basisstreifen als Schicht 18 wird anschließend auf die Gehäusewand 16 aufgebracht.
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Durch die gemäß der Erfindung zusätzlich vorgesehene Schicht 18, 28 beziehungsweise Einkapselung des Leuchtmittels können die vorteilhaften Eigenschaften des Gehäuses 10 aus Silikonmaterial insbesondere hinsichtlich einer Stabilität bezüglich blauem Licht, einer Transparenz, einer Flexibilität sowie einer Langzeitstabilität, beibehalten werden, wobei zugleich der Nachteil des Silikonmaterials für die Anwendung bei Leuchtmitteln in Bezug auf die Gaspermeabilität reduziert werden kann. Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung für Anwendungen, bei denen die Einwirkung von Schwefel enthaltenden chemischen Verbindungen reduziert werden soll, um unerwünschte Auswirkungen auf die Anwendung zu vermeiden. Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung somit ferner für die Anwendung bei Halbleiterlichtquellen wie Laserdioden, Leuchtdioden und/oder dergleichen, die in einem Gehäuse 10 angeordnet sind, welches zumindest teilweise Silikonmaterial aufweist.
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Das Verfahren kann insbesondere auch an einem Leuchtmittel angewendet werden, welches bereits vollständig in einem Gehäuse 10 aus Silikonmaterial angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Wirkung der Reduzierung der Gaspermeabilität kann durch unterschiedliche Beschichtungsprozesse 12, nämlich die Verfahren 22, 24, erreicht werden, die unterschiedliche Funktionalitäten bereitstellen:
- - Das Abscheidungsverfahren aus der Gasphase liefert eine sehr gute Abdichtung bei einer sehr dünnen Schicht.
- - Das Tauchverfahren sowie auch das Extrusionsverfahren erlauben es darüber hinaus, Eigenschaften des Produkts durch Hinzufügen zusätzlicher Funktionalitäten zu modifizieren, zum Beispiel in Bezug auf Farbe, Diffusion, Lichttemperatur und/oder dergleichen.
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Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- Beschichtungsprozess
- 14
- beschichtetes Gehäuse
- 16
- Gehäusewand
- 18
- Schicht
- 20
- Polyuräthan
- 22
- Abscheidungsverfahren aus der Gasphase
- 24
- Tauchverfahren
- 26
- beschichtetes Gehäuse
- 28
- Schicht
- 30
- Schritt
- 32
- Schritt
- 34
- Schritt
- 36
- Schritt
- 38
- Schritt
- 40
- Schritt
- 42
- Schritt
- 44
- Schritt
- 48
- Wanne
- 50
- Form
