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Die Erfindung geht aus von einer Konversionsbaugruppe für eine Konversionsleuchte mit einem Konversionselement.
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Die Konversionsleuchte ist vorzugsweise eine Leuchte mit der sogenannten LARP-Technologie. Das fachsprachliche Akronym LARP steht für Laser Activated Remote Phosphor. Aus dem Stand der Technik sind solche LARP-Systeme bekannt, siehe beispielsweise
DE 202014001375 U1 und
DE102012201307 A1 . Der Konverter ist dabei häufig hohen Temperaturen bzw. Wärmeenergieeinträgen ausgesetzt. Diese rühren zum Einen von der Energie der auf den Konverter einstrahlenden Strahlung und zum Anderen vom Konversionsvorgang an sich her, da die Strahlung dabei teilweise durch das Konversionselement bzw. den Konverter absorbiert und wellenlängenumgewandelt wird, wobei beim Umwandeln einer hochenergetischen Strahlung in Strahlung mit niedriger Energie (größerer Wellenlänge) ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt („Stokes-Shift“ oder „Stokes-Verschiebung“). Der Konverter umfasst ein Konversionsmaterial bzw. einen Konversionsstoff bzw. einen Leuchtstoff, und/oder er besteht daraus. Häufig werden Konversionsstoffe eingesetzt, bei denen die Konversionseffizienz von der Temperatur (Erwärmung) abhängt und mit höherer Temperatur abnimmt; dies wird auch als thermisches Quenchen oder thermisches Roll-Over bezeichnet. Hieraus folgt - bei gegebenen bauraumlichen Anforderungen, optischen Anforderungen bezüglich einer Strahlungskonzentration und/oder Kostenanforderungen bezüglich der Menge und/oder Größe des verwandten Konversionsmaterials - eine Wärmeabfuhranforderung.
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Bei Konversionsleuchten mit hoher Strahlungsstärke wird häufig ein Laser, mithin eine kollimierte, d.h. gebündelte bzw. gerichtete, Strahlung hoher Strahldichte als Anregungsstrahlung verwandt. Daher ist eine Vorsichtsmaßnahme dahingehend zu treffen, dass die Laserstrahlung hoher Strahldichte nicht gebündelt austritt, sondern allenfalls als gestreute Strahlung, sodass bspw. nicht ein Mensch zu Schaden kommt (Auge, Haut). Bekannt ist, hierfür eine Rückmeldungssteuerung, wie eine sogenannte aktive SRS-Sicherheits-Sensorik (SRS = Safety Recognition Sensor), vorzusehen, welche die Unversehrtheit des Konverters erfasst, und bei Vorliegen einer Schädigung ein Erzeugen der Laser-Anregungsstrahlung unterbindet oder deren Strahlungsleistung minimiert. Solche aktiven SRS-Systeme sind in
US20160290856 ,
DE102015213460 und
DE 102015220838 beschrieben. Diese Rückmeldungssteuerung bedeutet zwar einen applikationsabhängig signifikanten Sicherheitsgewinn, aber andererseits einen konstruktiven und Herstellungs-seitigen Mehraufwand.
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Konversionsleuchten der vorstehend eingeführten Art sind ein Serienprodukt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Konversionsbaugruppen prozesssicher und/oder mit geringem Aufwand fertigen zu können. Weitere Aspekte der Serienfertigung, wie niedrige Kosten oder eine Eignung für hohe Stückzahlen, können Beachtung finden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Konversionsbaugruppe, die zur Verwendung in/an einer Konversionsleuchte geeignet ist. Die Konversionsbaugruppe enthält zumindest ein Konversionselement bzw. einen Konverter, oder sie besteht daraus. Das Konversionselement kann zum zumindest teilweisen Konvertieren, wie Wellenlängenumwandeln, einer Anregungsstrahlung in eine Konversionsstrahlung konfiguriert sein. Durch ein Aufnehmen des Konversionselements in einem Anschlussrahmen, fachsprachlich „lead frame“ genannt, wird eine Handhabbarkeit des Konversionselements verbessert. Insbesondere wird es ermöglicht, die das Konversionselement betreffenden Prozesse in Fertigungsverfahren einzubinden, die aus der Halbleiterfertigung bekannt sind und beispielsweise im Reinraum ausgeführt werden. Der Anschlussrahmen kann in einer preiswerten Ausführung ein Rahmen ohne Anschlüsse sein. Der Anschlussrahmen kann zur Aufnahme in einen Halter bzw. eine Fassung vorbereitet sein, wofür bspw. eine Einführfase, eine steife Konfiguration etc. vorgesehen sein können. Der Anschlussrahmen kann durch eine standardisierte Form, wie beispielsweise eine für verschiedene Konversionselemente und/oder Konversionselementformate geeignete Form, gekennzeichnet sein, welche selber preiswert sein kann, und/oder wofür preiswerte Werkzeuge verfügbar sein können. Der Anschlussrahmen kann ein Substrat, wie ein teures Saphirglas, als das ein Konversionselement stabilisierendes Element ersetzen, sodass eine Saphir-lose bzw. Substrat-lose Konstruktion kostensparend umsetzbar ist.
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Der Begriff Konversionsmaterial bezeichnet optische und/oder physikalisch-werkstoffliche Eigenschaften, wie eine Farbe, ein Konversionsverhalten, eine Wärmeleitfähigkeit und dergleichen. Der Begriff Konversionselement bezeichnet im Rahmen dieser Beschreibung vorzugsweise gegenständliche und/oder technisch-werkstoffliche Eigenschaften, wie eine Form oder geometrische Abmessungen, ein Format, eine Steifigkeit und dergleichen. Das Konversionselement weist einen Leuchtstoff als Konversionsmaterial auf, wobei der „Leuchtstoff“ auch eine Leuchtstoffmischung aus mehreren Einzel-Leuchtstoffen sein kann. Ein bevorzugter Einzel-Leuchtstoff kann mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat (YAG:Ce) sein, dann mit gelbem Licht als Konversionsstrahlung. Im Allgemeinen sind jedoch alternativ oder zusätzlich auch ein anderer bzw. andere Einzel-Leuchtstoff(e) möglich, etwa zur Emission von rotem und/oder grünem Konversionslicht, wobei auch ein anderer Gelbleuchtstoff denkbar ist.
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Der Begriff Konversionsbaugruppe bezeichnet hingegen eine übergeordnete konstruktive Einheit umfassend zumindest das Konversionselement und den Anschlussrahmen. Die Konversionsbaugruppe wird zwar als Baugruppe bezeichnet, aber dieser Begriff steht vorzugsweise einer einstückigen Konstruktion der Konversionsbaugruppe nicht entgegen.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Die Konversionsbaugruppe kann einen auf das Konversionselement aufgebrachten Sensor umfassen. Der Sensor ist zumindest ein Sensorteil bzw. Sensorabschnitt.
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Der Sensor kann eine Messstrecke bzw. ein passiver Teil einer Sensorvorrichtung umfassend eine Messstrecke (passiver Teil) und einen beabstandet vorsehbaren Messwertgeber (aktiver Teil) sein. Der Sensor kann dazu konfiguriert sein, einen Bruch des Konversionselements erfassbar zu machen, wie durch einen einen elektrischen Widerstand des Sensors erhöhenden Folgebruch des Sensors den Bruch des Konversionselements erfassbar zu machen.
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Der Sensor kann als eine schmale und/oder dünne, wie höchstens 1µm dicke und vorzugsweise etwa 500nm dicke, Leiterbahn ausgebildet sein, bzw. mit einem kleinen leitenden Querschnitt. Die Leiterbahn kann sich zwischen zwei elektrischen Kontaktflächen erstrecken. Der Sensor kann einen Licht-/Auskoppelbereich umschließend oder einen Licht-/Einkoppelbereich umschließend ausgebildet sein, um außer einem Durchbruch des Konversionselements einen Anbruch und/oder einen Ausbruch des Konversionselements erfassbar zu machen. Der Sensor kann mäanderförmig und/oder bezüglich einer optischen Hauptachse zirkumferential-parallel oder radial mehrlagig vorgesehen sein, um einen Bruch durch ein Mehrfachwirken, wie einen durch ein mehrfaches Durchbrechen der Leiterbahn besonders deutlich erfassbaren elektrischen Widerstandsanstieg, erfassbar zu machen. Der Sensor kann vom Typ SRS-Sicherheits-Sensorik sein.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Weiterbildung, dass die Überwachung eine induktive Überwachung der mindestens einen Leiterbahn umfasst.
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Es ist eine alternative oder zusätzliche Weiterbildung, dass die Überwachung eine kapazitive Überwachung der mindestens einen Leiterbahn umfasst.
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Der Anschlussrahmen kann zum Verbinden der Messstrecke mit dem beabstandet vorsehbaren Messwertgeber konfiguriert sein. Der beabstandete Messwertgeber ist vorzugsweise kein Teil des Konversionselements und/oder der Konversionsbaugruppe, kann aber ein integrierter Teil einer Leuchte sein. Der Sensor bzw. die Messstrecke kann beschichtend auf das Konversionselement aufgebracht sein, sodass eine relativ feine Struktur erzeugbar ist, die mit dem Konversionselement besonders fest bzw. steif verbindbar ist. Der Sensor ist als Metallisierung ausführbar, wie als eine durch ein Kathodenzerstäuben, fachsprachlich: Sputtern, (eine Fertigungstechnologie der Halbleiterindustrie) hervorgebrachte Metallisierung, was ein für solche feinen Strukturen serientaugliches Verfahren impliziert. Mit anderen Worten, das Konversionselement kann einen aufgebrachten und/oder daran abgeschiedenen Sensor und/oder (passiven) Sensorabschnitt umfassen.
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Der Begriff „etwa“ kann beispielsweise bedeuten, dass eine Abweichung in den fachüblichen Toleranzen oder von bis zu 5% vorhanden sein kann.
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Der Anschlussrahmen kann zumindest einen inneren bzw. internen Anschluss und/oder zumindest einen äußeren bzw. externen Anschluss umfassen. Vorzugsweise ist jeder interne Anschluss einem äußerer Anschluss zugeordnet. Dies kann den Fall beinhalten, dass, beispielsweise zum Verringern eines Verdrahtungsaufwands, ein äußerer Anschluss mehreren internen Anschlüssen zugeordnet ist, sowie den Fall, das ein interner Anschluss, beispielsweise zum Erhöhen eines Durchsatzes oder zum Erzeugen einer Redundanz, mehreren äußeren Anschlüssen zugeordnet sind.
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Wenn der Sensor zwischen zumindest zwei Anschlüsse des Anschlussrahmens zwischengeschaltet ist, kann über ein elektrisches Kontaktieren bzw. Antasten der zumindest zwei Anschlüsse der Sensor gemessen werden. Mit Vorteil ist der Sensor mittels jeweils eines internen Anschlusses bzw. mittels zweier interner Anschlüsse des Anschlussrahmens mittelbar oder unmittelbar elektrisch leitend verbunden, die jeweils einem der Anschlüsse zugeordnet und damit elektrisch leitend verbunden sind. Ein Löten ist ein prozesssicheres Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung. Beispielsweise kann der Sensor mittels gelöteter Bond-Drähte mit den internen Anschlüsse verbunden werden. Vorzugsweise weisen die Bond-Drähte zumindest die geringste Leitfähigkeit des Sensors auf, bevorzugt weisen die Bond-Drähte ein Vielfaches, wie ein Eineinhalbfaches, ein Zweifaches, ein Fünffaches oder ein zumindest Zehnfaches der geringsten Leitfähigkeit des Sensors auf. Dasselbe kann mit Vorteil auf eine andere Verbindungstechnologie zwischen dem Sensor und den internen Anschlüsse des Anschlussrahmens zutreffen.
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Die Konversionsbaugruppe kann eine thermische Kontaktfläche, wie einen thermischen Anschluss, aufweisen, um eine Konversionswärme aus der Konversionsbaugruppe abzuführen, sodass eine optische Effizienz des Konversionsbetriebs ohne ein oder mit einem zumindest verminderten Quenchen gesteigert werden kann. Die thermische Kontaktfläche kann zum Wärmeübertragen, vorzugsweise zum Wärmeableiten aus der Konversionsbaugruppe, konfiguriert sein. Die thermische Kontaktfläche kann an der Konversionsbaugruppe vorgesehen sein, um eine effiziente Wärmeenergieabführung sicherzustellen. Die thermische Kontaktfläche kann durch eine an der Konversionsschicht abgeschiedene oder darauf aufgebrachte metallische Schicht, eine Metallisierung, dargestellt werden, um einen besonders direkten und wärmeleitfähigen Kontakt darzustellen. Beispielsweise kann eine Schicht eines Lots, wie eine Lotpaste, auf der Metallisierung gedruckt sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Schicht eines Lots, wie eine Lotpaste, auf der Konversionsbaugruppe gedruckt sein. Das Lot kann beispielsweise Gold und/oder Zinn enthalten oder daraus bestehen. Die Metallisierung kann zum Ermöglichen eines effizienten Wärmeübergangs etwa 1 µm bis etwa 10 µm dick bzw. dünn sein. Kostensparend können hierfür aus beispielsweise der Halbleiterfertigung bekannte Fertigungsverfahren verwendet werden. Die thermische Kontaktfläche kann einen Einkoppelbereich umschließend oder einen Auskoppelbereich umschließend angeordnet sein, um Wärme bezüglich einer optischen Hauptachse radial zu allen Seiten hin abzuführen. Die thermische Kontaktfläche kann breit sein, um einen gleichmäßigen Wärmeübergang sicherzustellen. Eine breite thermische Kontaktfläche kann zumindest 25µm, bevorzugt zumindest 50µm, bevorzugter zumindest 100µm und noch bevorzugter zumindest 500µm breit sein. Eine besonders gleichmäßige Wärmeabfuhr wird erreicht, wenn die thermische Kontaktfläche zumindest 33%, bevorzugt zumindest 50%, bevorzugter zumindest 75% und am bevorzugtesten zumindest 100% der Dicke des Konversionselements breit ist.
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Wenn der Anschlussrahmen zumindest einen mit der thermischen Kontaktfläche Wärme-übertragbar verbundenen internen Anschluss aufweist, kann mit geringem Aufwand, insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik geringem Aufwand, eine thermische Masse als Wärmesenke mit dem Konversionselement wärmeleitend verbunden werden. Der Anschlussrahmen kann also selbst als Wärmesenke bzw. interne Wärmesenke dienen, sodass eine einfache Konstruktion mit kostengünstigen Mitteln umsetzbar ist. Der Anschlussrahmen zeitigt zusätzlich Vorteile wie eine einfache Handhabbarkeit, eine hohe Steifigkeit und eine hohe Festigkeit, einen Schutz des Konversionselements, eine Normierbarkeit des Formats und dazugehöriger Werkzeuge und dergleichen.
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Wenn der interne Anschluss mit zumindest einem externen Anschluss des Anschlussrahmens Wärme-übertragbar verbunden ist, kann mit geringem Aufwand, insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik geringem Aufwand, eine externe Wärmesenke mit dem Konversionselement wärmeleitend verbunden werden. Über den externen Anschluss ist also eine externe Wärmesenke, wie beispielsweise eine externe große thermische Massen oder eine gekühlte Vorrichtung, anschließbar. Eine wärmeleitfähige Montage der Konversionsbaugruppe wird erleichtert.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die zumindest eine thermische Kontaktfläche an einer (flächigen) Seite des Konversionselements angeordnet ist, und dabei eine elektrische Kontaktfläche des Sensors oder die elektrischen Kontaktflächen des Sensors an der gegenüberliegender Seite des Konversionselements angeordnet sind. Dies erleichtert ein (beispielsweise räumlich, zeitlich und/oder prozesstechnisch) getrenntes Anbringen bzw. Darstellen, Bearbeiten und/oder Verbinden der Kontaktflächen, sodass zum Fördern der Prozesssicherheit mit geringer Komplexität eine zeitliche Abfolge einzelner Schritte der Herstellung erzielt wird.
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Der Anschlussrahmen kann beispielsweise in einer Bauform mit auskragenden Anschlüssen, in einer Bauform ohne auskragende Anschlüsse bzw. mit zumindest plan oder zurückgenommen angeordneten Anschlüssen oder in einer Mischbauform ausgeführt werden. Die Bauformvarianten werden im Folgenden kurz angerissen. Grundsätzlich sollen alle Bauformen verwendet werden können.
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Vorsehbar ist eine Bauform mit zumindest einem zumindest plan in eine Anschlussrahmenoberfläche eingelassenen bzw. aufgenommenen und insbesondere zurückgenommenen externen Anschluss. Der Begriff „Anschluss“ bzw. „externer Anschluss“ kann auch nur einen Anschlussabschnitt enthalten. Beispiele für eine solche Bauform umfassen ein QFN („quad flats no leads package“, zu Deutsch etwa: vierseitig flache Packung ohne abstehende Adern) und ein DFN („dual flat no leads package“, zu Deutsch etwa: zweiseitig flache Packung ohne abstehende Adern“).
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Die Anschlüsse des Anschlussrahmens sind vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise aus einem Metallblech, gebildet. Die Anschlüsse des Anschlussrahmens sind zueinander bevorzugt isoliert. Vorzugsweise ist der Anschlussrahmen aus metallischen Anschlüssen und einem isolierenden Grundmaterial, wie einem Kunststoff, beispielsweise mittels eins Spritzverfahrens bzw. Umspritzverfahrens gefertigt. Vorzugsweise ist ein interner Anschluss mit zumindest einem externen Anschluss leitfähig, wie elektrisch leitfähig oder wärmeleitfähig, verbunden. Umgekehrt ist vorzugsweise zumindest ein externer Anschluss mit zumindest einem internen Anschluss leitfähig, wie elektrisch leitfähig oder wärmeleitfähig, verbunden.
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Ein Anschlussrahmen kann neben dem Konversionselement weitere Elemente enthalten, beispielsweise optische Elemente und/oder auf das Konversionslicht und/oder die Anregungsstrahlung bezogene Sensoren, wie Wellenlängensensoren.
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Vorsehbar ist eine Bauform mit zumindest einem zumindest erhabenen und insbesondere auskragenden externen Anschluss. Ein Beispiel hierfür sind Anschlussbeinchen, welche zu einer lötenden Befestigung und/oder einer klemmenden Befestigung vorbereitet sind.
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Bei einer Mischbauform kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Anschlussarten für unterschiedliche Anschlussobjekte verwendet werden. So kann für einen thermischen Anschluss eine andere Anschlussart als für einen elektrischen Anschluss verwendet werden. Ferner kann für einen elektrisch positiven Anschluss eine andere Anschlussart als für einen elektrisch negativen Anschluss verwendet werden. Außerdem kann durch ein Verwenden unterschiedlicher Anschlussarten eine Montageorientierung im Sinne einer Verdrehsicherung vorgesehen sein, sodass es prozesssicher beispielsweise unnötig sein kann, einen thermischer Anschluss von einem elektrischen Anschluss zu unterschieden, da ein Verwechseln unmöglich ist.
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Unabhängig beanspruchbar ist ein Anschlussrahmen wie hier beschrieben für eine Konversionsbaugruppe wie hier beschrieben.
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Unabhängig beanspruchbar ist auch eine Konversionsleuchte mit einer Halterung für einen Anschlussrahmen wie hier beschrieben. Unabhängig beanspruchbar ist ferner eine Konversionsleuchte mit einer Halterung für einen Anschlussrahmen einer Konversionsbaugruppe wie hier beschrieben. Die Halterung kann als eine Fassung bezeichnet werden. Die Halterung kann insbesondere interne Anschlüsse aufweisen, die zu den externen Anschlüssen des Anschlussrahmens gegengleich sind, wie gegengleich bzw. korrespondierend angeordnet und/oder gegengleich belegt bzw. beschaltet sind. Die Halterung kann zum klemmenden Festlegen des Anschlussrahmens vorbereitet sein. Die Halterung kann zum rastierenden Festlegen des Anschlussrahmens vorbereitet sein. Die Halterung kann zum unmittelbaren Festlegen des Anschlussrahmens, wie zum selbsttätig klemmenden und/oder rastierenden oder umformend verstemmenden Festlegen, und/oder zum mittelbaren Festlegen des Anschlussrahmens, wie zum Festlegen mittels einer Klebung, einer Schweißung, einer Lotstelle, eines Bolzens, eines verstemmend wirkenden Keils, einer Verschraubung und/oder dergleichen, vorbereitet sein. Die vorstehenden Listen sind beispielhaft und nicht abschließend. Die erfindungsgemäße Konversionsleuchte kann eine Konversionsbaugruppe wie hier beschrieben enthalten, wobei dieses vorzugsweise durch die Halterung festgelegt ist.
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Die Halterung kann ihrerseits externe Anschlüsse und/oder Anbauteile aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halterung einen mit einer Wärmesenke oder einer gekühlten Vorrichtung verbundenen Anschluss auf. Sie kann auch ein Teil dessen, wie eine Ausnehmung in einem Kühlkörper, sein. Mittels dieses Anschlusses kann die Kühlung einer Konversionsbaugruppe effektiv sichergestellt werden.
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Die Konversionsleuchte kann weitere Elemente enthalten. Ein beispielhafter Aufbau umfasst eine Strahlungsquelle, wobei die Halterung dazu angeordnet ist, das Konversionsbaugruppe von der Strahlungsquelle beabstandet, wie festgelegt beabstandet oder verlagerbar beabstandet, festzulegen.
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Die Strahlungsquelle ist vorzugsweise eine Lichtquelle, aber sie kann auch zumindest teilweise eine Strahlung im nicht-sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums abgeben. Bei der Strahlungsquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung, welche vorzugsweise Strahlung im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 450 nm emittiert. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine lichtemittierende Diode (LED) sein. Diese kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden, oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Die LEDs können in Form von Mikro-LEDs ausgestaltet sein. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Ein Ausschluss einer bestimmten Strahlungsquellenart ist nicht beabsichtigt. Auch der Begriff „Leuchte“ soll eine Strahlung außerhalb des sichtbaren Bereichs nicht ausschließen. Die Strahlungsquelle kann eine rotationssymmetrische oder eine nicht-rotationssymmetrische Abstrahlcharakteristik aufweisen.
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Erfindungsgemäß und unabhängig beanspruchbar vorgesehen wird auch ein Herstellungsverfahren für eine Konversionsbaugruppe. Das Verfahren umfasst zumindest die Schritte Bereitstellen eines Anschlussrahmens und Verbinden. Der erste Schritt enthält ein Bereitstellen eines Anschlussrahmens mit zumindest einem internen Anschluss. Zumindest ein externer Anschluss ist vorsehbar. Die Anschlüsse können paarweise extern-intern verbunden, wie leitfähig verbunden, sein. Im Übrigen wird auf die Vorbeschreibung des Anschlussrahmens verwiesen. Der zweite Schritt enthält ein Verbinden einer Konversionsbaugruppe mit dem (jeweiligen) zumindest einen internen Anschluss des Anschlussrahmens.
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Weiterbildend kann das Verbinden ein Lötverbinden zwischen zumindest einer thermischen Kontaktfläche an dem Konversionselement und zumindest einem internen thermischen Anschluss des Anschlussrahmens umfassen.
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Weiterbildend kann das Verbinden ein Lötverbinden zwischen zumindest einer elektrischen Kontaktfläche an dem Konversionselement und zumindest einem internen elektrischen Anschluss des Anschlussrahmens umfassen. Dieses Lötverbinden kann ein Lötverbinden mittels eines Bond-Drahts umfassen.
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Vorzugsweise erfolgt der Schritt des Verbindens zwischen der zumindest einen thermischen Kontaktfläche und dem zumindest einen internen thermischen Anschluss zumindest nicht nach und vorzugsweise vor dem Schritt des Verbindens zwischen der zumindest einen elektrischen Kontaktfläche und dem zumindest einen internen elektrischen Anschluss. Somit kann ein zumindest hinsichtlich verwendeter Parameter (Zeit, Temperatur, Lötverfahren und dergleichen) unterschiedliches Verfahren zum Herstellen der Verbindungen thermische Verbindung und elektrische Verbindung zum Einsatz kommen. Beispielsweise wenn die elektrische Verbindung zum Lösen weniger Energieeintrag benötigt, als die thermische Verbindung zum Verbinden, kann beim Löten in einem Ofen besonders prozesssicher verhindert werden, dass ein Herstellen der thermischen Verbindung zu einem Lösen der elektrischen Verbindung führen kann.
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Weiterbildend kann nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung ein Vergießen zum Schützen zumindest der hergestellten elektrischen Verbindung erfolgen. Das Vergießen kann ein lokal begrenztes Vergießen sein, um ein Beeinflussen einer Strahlung, wie einer Anregungsstrahlung und/oder Konversionsstrahlung zu vermeiden.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen schematisch:
- 1 in perspektivischer Explosionsansicht eine herkömmliche Konversionsleuchte,
- 2 in perspektivischer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Konversionselement in runder Gestalt gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 in perspektivischer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Konversionselement in eckiger Gestalt gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 4 in perspektivischer Untersicht das Konversionselement der 3,
- 5 in geschnittener Darstellung eine Konversionsbaugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 6 in Draufsicht die Konversionsbaugruppe der 5,
- 7 in geschnittener Darstellung eine Konversionsbaugruppe gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
- 8 in Draufsicht die Konversionsbaugruppe der 7,
- 9 in geschnittener Darstellung eine Konversionsbaugruppe gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und
- 10 in perspektivischer Draufsicht die Konversionsbaugruppe der 10.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind über die Figuren und Ausführungsformen hinweg mit denselben Merkmalen versehen. Auf eine erneute Beschreibung gleicher Merkmale wird größtenteils verzichtet. Merkmale der einen Ausführungsform können auch in der anderen Ausführungsform enthalten sein, sie sind also untereinander auch auszugsweise austauschbar.
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Eine in der 1 dargestellte bekannte Konversionsleuchte 1 umfasst ein Gehäuse 2, einen Kontaktstift 4, eine Leiterplatte 6 und eine Konversionsbaugruppe 8 mit einem Konversionselement 10 mit einem SRS-Sensor 12. Der SRS-Sensor 12 ist über mehrere Verbindungsstellen, die fachsprachlich Interconnects genannt werden, mit beispielsweise an dem Gehäuse 2 angeordneten und gegenüber dem Gehäuse 2 bevorzugt isolierten, nicht dargestellten Leitungen elektrisch leitend verbunden. Diese Verbindungsstellen sind vorliegend eine gelötete Bond-Draht-Verbindung 14, eine Verklebung 16, eine Lötverbindung 18 und eine Steckverbindung 20. Durch die hohe Zahl verschiedener Verbindungstechnologien entstehen ein hoher Aufwand und hohe Kosten.
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Die 2 bis 4 zeigen zwei unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Konversionselements 10. Nämlich zeigt die 2 ein rundes Konversionselement 10 und die 3 bis 4 ein eckiges, wie rechteckiges, hier quadratisches, Konversionselement 10. Die Konversionselemente 10 sind flächige Bauteile, die sich entlang einer im Wesentlichen flachen Ebene erstrecken, sodass zwei einander gegenüberliegende flächige Hauptseiten 22 ausgebildet sind. Im Wesentlichen mittig in dem flächigen Konversionselement 10 findet sich ein durch eine Anregungsstrahlung zu bestrahlender Einkoppelbereich 24, dem ein Auskoppelbereich 26 gegenüberliegt, zwischen welchen Bereichen 24, 26 eine Konversion zumindest eines Teils einer Anregungsstrahlung in eine Konversionsstrahlung hauptsächlich stattfindet. Einer der Bereiche 24, 26, hier der Auskoppelbereich 26, ist bezüglich einer optischen Achse 28 bzw. Hauptachse radial außen von einer zirkumferential-mäandernden und radial/zirkumferential überlappenden Leiterbahn 30 umschlossen, welche zwei elektrische Kontaktflächen 32 elektrisch leitend verbindet. Vorzugsweise an der dazu gegenüberliegenden Hauptseite 22 ist ein thermischer Kontaktbereich 34 angeordnet. Der thermische Kontaktbereich 34 kann auch an derselbe Hauptseite 22 wie die Leiterbahn 30 angeordnet sein, wobei der thermische Kontaktbereich 30 dann vorzugsweise radial außen vorgesehen ist, um leicht fertigbar erst die Wärmeleitungsverbindung und dann die elektrische Verbindung herzustellen.
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Die 6 und die entlang „F5“ in der 6 geschnittene Darstellung der 5 zeigen eine erfindungsgemäße Konversionsbaugruppe 8 umfassend ein Konversionselement 10 und einen Anschlussrahmen 36. Das Konversionselement 10 entspricht der Ausführungsform der 3 bis 4. Der Anschlussrahmen 36 umfasst Anschlüsse 38, die jeweils einen internen Anschluss 40 bzw. Anschlussabschnitt, eine Verbindung 42 bzw. einen Verbindungsabschnitt und einen externen Anschluss 44 bzw. Anschlussabschnitt umfassen.
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Die Anschlüsse 38 sind elektrische Anschlüsse 46 und thermische Anschlüsse 48, wobei diese Begriffe eine Vereinfachung darstellen: ein „elektrischer Anschluss“ 46 ist ein zum Übertragen eines elektrischen Signals, wie einer Spannung oder einer Stromstärke, konfigurierter, wie dimensionierter und/oder isolierter, Anschluss 38, der meist auch eine Wärmeenergie übertragen kann; ein „thermischer Anschluss“ 48 ist ein zum Übertragen einer Wärmeenergie, wie einer durch eine Konversion erzeugten Abwärme des Konversionselements 10, konfigurierter, wie dimensionierter und/oder isolierter, Anschluss 38, der meist auch ein elektrisches Signal übertragen kann. Beispielsweise bei der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Anschlüsse 38 der Art bzw. des Typs elektrischer Anschluss 46 und der Art thermischer Anschluss 48 vorrangig durch eine Abmessung des wirksamen Durchschnitts, nämlich soll vergleichsweise viel Wärmeenergie durch den zumindest einen thermischen Anschluss 48 übertragen werden, wohingegen nur eine vergleichsweise schwache elektrische Stromstärke durch die zumindest zwei elektrischen Anschlüsse 46 übertragen werden sollen. Die Anschlüssen unterscheiden sich also nicht zwingend in einer werkstofflichen Hinsicht, aber vorzugsweise hinsichtlich einer Dimensionierung. Die Anschlüsse 46 und 48 können im Extremfall vollständig identisch oder vollständig unterschiedlich gebildet sein.
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Der Anschlussrahmen 36 enthält außer den Anschlüssen 38 einen Grundkörper 50 aus einem isolierenden Material, wie einem Hochtemperatur-Thermoplast. Beispielsweise ist der Grundkörper 50 ein Spritzgussteil, das durch ein (teilweises) Umspritzen und/oder Vergießen der Anschlüsse 38 gefertigt ist. Das Material ist vorzugsweise anhand des zu erwartenden Betriebstemperaturbereichs der Konversion ausgelegt, beispielsweise zum Eigenschaftenbeibehaltenden Ertragen einer Grenztemperatur zuzüglich einer Sicherheitsreserve. Beispielsweise kann ein 150°C ertragender Werkstoff gewählt sein. Diese Forderung kann auch für die übrigen Teile und Materialien erhoben sein. Zusätzlich oder alternativ können die verwendeten Materialien zum Fahrzeugbau geeignet sein, wie für einen Temperaturbereich von zumindest -40°C bis +125°C, die im oder am Motorraum eines Fahrzeugs üblich auftreten können. Der Grundkörper 50 ist bevorzugt von seiner Innenkontur her zum Aufnehmen des Konversionselements 10, also rund und/oder eckig, vorzugsweise unter Zwischenschalten eines Übermaßes, gestaltet. Der Grundkörper 50 ist von seiner Außenkontur 52 her gemäß den Vorgaben eines Formats gestaltet.
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Eine herstellende Fertigung des Konversionselements 8 umfasst die folgenden Schritte. Zunächst wird der Anschlussrahmen 36 umfassend die Anschlüsse 38 und den Grundkörper 50 bereitgestellt, wie an einem Filmrollenvergleichbaren Band 54 festgelegt einer Maschine zugeführt. In zumindest einem dazu parallelen, vorgelagerten und/oder nachgelagerten Schritt wird das Konversionselement 10 bereitgestellt, indem metallisierend an einem flächigen Leuchtstoffkörper (Konversionskörper) die Leiterbahn 30 mit den elektrischen Kontaktflächen 32 abgeschieden wird, und indem die thermische Kontaktfläche 34 durch Aufdrucken einer Lötpaste auf eine beispielsweise aufgesputterte (nicht gesondert dargestellte) Metallisierung dargestellt werden. Alternativ kann eine gesputterte Lotschicht für ein eutektisches Löten als thermische Kontaktfläche 34 vorteilhaft einen Prozessschritt einsparend Verwendung finden. Dann wird in einem Schritt das Konversionselement 10 in (oder an) dem Anschlussrahmen 36 platziert, beispielsweise in einem Pick & Place Prozess (Bestückungsverfahren mit einem Vereinzelungsschritt und einem Anordnungsschritt). Durch zumindest einen Verbindungsschritt, vorzugsweise ein Löten in einem Lötofen, wird die thermische Kontaktfläche 34 mit den internen Anschlüssen 44 der thermischen Anschlüsse 48 wärmeleitfähig verbunden. Während desselben Verbindungsschritts oder einem anderen, vorzugsweise nachgelagerten, lötenden Verbindungsschritt werden die elektrischen Kontaktflächen 32 mittels Bond-Drähten 56 mit den internen Anschlüssen 40 der elektrischen Anschlüsse 46 stromleitfähig und/oder spannungsleitfähig verbunden. Anschließend werden die Bond-Drähte 56 sowie deren Lötstellen mit einer Vergussmasse 58 bedeckt.
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Die dritte Ausführungsform der 5 und 6 ist eine Anschlussrahmen-Bauform mit von der Außenkontur 52 auskragend vorstehenden externen Anschlüssen 44, welche bündig in einer Ebene mit einer Fläche der Außenkontur 52, hier einer Unterseite des Grundkörpers 50, liegen.
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Demgegenüber zeigen die vierte Ausführungsform der 7 und 8 und die fünfte Ausführungsform der 9 und 10 jeweils eine Anschlussrahmen-Bauform mit plan in eine Anschlussrahmenoberfläche, die durch die Außenkontur 52 definiert wird, eingelassenen externen Anschlüssen 44.
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Dabei zeigen die 8 und die entlang „F7“ der 8 geschnittene Darstellung der 7 eine Bauform mit als gebogenem Draht gebildeten Anschlüssen 38.
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Demgegenüber zeigen die 10 und die entlang „F9“ der 10 geschnittene Darstellung der 9 eine Bauform mit Anschlüssen 46 und 48, die aus einem flächigen Halbzeug, wie einem Blech, gebildet sind. Die Abschnitte 40, 42, 44 des einstückigen thermischen Anschlusses 48 ergeben sich dabei zu flächigen Schichten. In der 9 ist ferner als optionales Anbauteil eine abdeckende Glasscheibe 60 dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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| Konversionsleuchte |
1 |
| Gehäuse |
2 |
| Kontaktstift |
4 |
| Leiterplatte |
6 |
| Konversionsbaugruppe |
8 |
| Konversionselement |
10 |
| SRS-Sensor |
12 |
| Bond-Draht-Verbindung |
14 |
| Verklebung |
16 |
| Lötverbindung |
18 |
| Steckverbindung |
20 |
| Hauptseite |
22 |
| Einkoppelbereich |
24 |
| Auskoppelbereich |
26 |
| optische Achse |
28 |
| Leiterbahn |
30 |
| elektrische Kontaktfläche |
32 |
| thermische Kontaktfläche |
34 |
| Anschlussrahmen |
36 |
| Anschluss |
38 |
| interner Anschluss |
40 |
| Verbindung |
42 |
| externer Anschluss |
44 |
| elektrischer Anschluss |
46 |
| thermischer Anschluss |
48 |
| Grundkörper |
50 |
| Außenkontur |
52 |
| Band |
54 |
| Bond-Draht |
56 |
| Vergussmasse |
58 |
| Glasscheibe |
60 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014001375 U1 [0002]
- DE 102012201307 A1 [0002]
- US 20160290856 [0003]
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