DE10347541B4

DE10347541B4 - Verfahren zum Herstellen eines lichtleitenden LED-Körpers in mindestens zwei Fertigungsstufen

Info

Publication number: DE10347541B4
Application number: DE2003147541
Authority: DE
Inventors: Thorsten Ricking; Cem Olkay; Dr. Manth Thomas
Original assignee: Odelo Led GmbH
Current assignee: ODELO LED GMBH, 47475 KAMP-LINTFORT, DE
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: WO2005034251A3; WO2005034251A2; DE10347541A1; TW200515626A; EP1704601A2

Abstract

Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern in mindestens zwei Fertigungsstufen, wobei: – ein erster, innerer LED-Teilkörper (10) mindestens einen lichtemittierenden Chip (6) und mindestens zwei mit dem Chip (6) elektrisch verbundene Elektroden (1, 4) umgibt, – ein zweiter, äußerer LED-Teilkörper (20) den ersten zumindest bereichsweise umgibt, – der erste, innere Teilkörper (10) in einem Bereich, der von dem zweiten, äußeren LED-Teilkörper (20) umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung (30–60) oder mindestens einer Taille (70) ausgestattet ist, und – die Ausnehmung (30–60) oder Taille (70) unterhalb einer Ebene (7) liegt, die durch den Schwerpunkt des Chips (6) verläuft und normal zur Mittellinie (18) des ersten, inneren LED-Teilkörpers (10) orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, äußere LED-Teilkörper (20) um den ersten, inneren LED-Teilkörper (10) in einer Spritzgussform umspritzt wird, wobei der später hinzugefügte Werkstoff (9) des zweiten, äußeren LED-Teilkörpers...

Description

Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern in mindestens zwei Fertigungsstufen, wobei ein erster LED-Teilkörper mindestens einen lichtemittierenden Chip und mindestens zwei – mit dem Chip elektrisch verbundene – Elektroden umfasst und wobei ein zweiter LED-Teilkörper den ersten zumindest bereichsweise umgibt.
Aus der DE 101 63 116 ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden bekannt. Der erste, innere LED-Teilkörper wird hier im zweiten, äußeren LED-Teilkörper mittels Kraftschluss, einer Klebeverbindung oder einer Kombination hieraus gehalten.
Aus der DE 27 33 937 A1 ist eine LED bekannt, die ohne Hintergriff in einer Halterung mit Fenster sitzt. Die Halterung selbst hat eine umlaufende Wulst, an der lösbar aufgesteckte Kappen fixiert werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern zu entwickeln, bei dem bei üblichen Leistungen der bekannten Spritz- oder Gießvorgänge die LED-Teilkörper sicher miteinander verbunden sind.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu ist der erste, innere LED-Teilkörper in einem Bereich, der vom zweiten, äußeren LED-Teilkörper umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung oder mindestens einer Taille ausgestattet. Dabei liegt die Ausnehmung oder die Taille unterhalb einer Ebene, die durch den Schwerpunkt des Chips verläuft und normal zur Mittellinie des ersten LED-Teilkörpers orientiert ist. Der zweite, äußere LED-Teilkörper wird dabei um den ersten, inneren LED-Teilkörper in einer Spritzgussform umspritzt.
Das Verfahren ermöglicht eine formschlüssige, sichere Verbindung zwischen zwei in separaten Schritten, z. B. zeitlich und räumlich getrennt herstellbaren LED-Teilkörpern, wobei ein Teilkörper den anderen zumindest bereichsweise hintergreift. Der vorgesehene Hintergriff macht eine Demontage der Teilkörper unmöglich.
Das Verfahren ist auch auf Lumineszenzdioden mit mehreren Chips und Elektroden anwendbar.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem Unteranspruch und der nachfolgenden Beschreibung von mehreren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
1: LED in der Seitenansicht mit einer kanalartigen Kerbe in dem inneren LED-Teilkörper;
2: Wie 1, jedoch mit einer Kerbe mit halbrundem Querschnitt;
3: Wie 2, jedoch mit einer asymmetrischen Kerbe;
4: Wie 2, jedoch mit umlaufender Taille;
5: Draufsicht mit gerader kanalartiger Kerbe;
6: Draufsicht mit gekrümmter Kerbe.
Die 1 bis 6 zeigen eine LED, deren lichtleitender Körper in mindestens zwei getrennten Fertigungsschritten spritzgusstechnisch hergestellt wird.
In einem ersten Schritt wird ein LED-Teilkörper (10) hergestellt. Letzterer hat beispielsweise eine geometrische Form, die im Wesentlichen aus drei übereinander angeordneten Geometriekörpern besteht. Der erste Geometriekörper ist ein kurzer, zumindest annähernd gerader Zylinder (11), der z. B. nach den 5 und 6 zwei ebene Abflachungen (14, 15) aufweist. Die Abflachungen (14, 15) sind hierbei parallel zur LED-Längsachse (18) und schließen untereinander einen rechten Winkel ein. Der zweite Geometriekörper ist ein auf der oberen Stirnfläche (13) des Zylinders (11) angeordneter Kegelstumpf (16), der sich vom Zylinder (11) weg verjüngt. Der dritte Geometriekörper ist eine Kalotte (17) bzw. eine fast halbkugelige Kappe, die auf der oberen, kleineren Stirnfläche des Kegelstumpfes positioniert ist. Die Mantellinie des Kegelstumpfes geht dabei tangential in die Kontur der Kalotte (17) über. Die obere Stirnfläche (13) des Zylinders (11) ist größer als die untere Stirnfläche des Kegelstumpfes (16). Die Mittellinien des Zylinders (11) und des Kegelstumpfes (16) liegen auf der LED-Mittellinie (18).
Der größere Stirnflächendurchmesser des Kegelstumpfes (16) misst im Ausführungsbeispiel ca. 5 mm. Er wird als Basisgröße bezeichnet. Die Verjüngung des Kegelstumpfes (16) beträgt z. B. 20% der Basisgröße. Die Gesamthöhe des LED-Teilkörpers (10) entspricht ca. 180% der Basisgröße. Die Höhe des Zylinders (11), der als flanschartiger Kragen bezüglich seines Radius über den Kegelstumpf um ca. 10% der Basisgröße übersteht, misst ca. 30% der Basisgröße.
Der LED-Teilkörper (10) umgibt in der Regel die in einer Ebene liegenden elektrischen Anschlüsse (1, 4), den lichtemittierenden Chip (6), einen Bonddraht (2) und eine Reflektorwanne (5) bzw. einen Pfosten. Die Reflektorwanne (5) oder der Pfosten ist z. B. Teil der Kathode (4). In der Reflektorwanne (5) oder auf dem Pfosten sitzt der Chip (6). Der Chip (6) kontaktiert über den Bonddraht (2) die Anode (1). Der Bonddraht (2) liegt dabei vorzugsweise in der Ebene, die von den Mittellinien der Elektroden (1, 4) aufgespannt wird. Die oberhalb des Chips liegende Zone transportiert das vom Chip (6) emittierte Licht möglichst verlustfrei zur Außenfläche des Teils (10).
Unterhalb einer durch den Schwerpunkt des Chips (6) verlaufenden Ebene (7) und oberhalb der oberen Stirnfläche (13) des kurzen Zylinders (11) befindet sich ein gerader, nutförmiger Kanal (30). Der Kanalgrund (31) liegt in einer Ebene, die parallel zur LED-Mittellinie (18) orientiert ist. Die Ebene ist z. B. um ca. 25% der Basisgröße von der Mittellinie (18) entfernt und ist ggf. zusätzlich parallel zu einer der optional am kurzen Zylinder (11) angeordneten Abflachungen (14, 15). Die untere Seitenwand (32) des Kanals (30) liegt z. B. in der Stirnfläche (13). Die obere Seitenwand (33) ist von dieser beispielsweise um die zweifache minimale Kanaltiefe entfernt.
In 6 ist ein Kanal (40) dargestellt, dessen Grund (41) sichelförmig gekrümmt ist. Der Krümmungsradius des Grundes (41) ist hierbei größer als die halbe Basisgröße.
Die 2 zeigt einen Kanal (50) mit einem halbrunden Querschnitt. Die tiefste Stelle des Kanals (50) ist von der Mittellinie (18) z. B. 25% der Basisgröße entfernt. Die Breite des Kanals (50) entspricht der des Kanals (40).
Nach 3 ist der Kanal eine Kerbe (60) mit einem dreieckigen Querschnitt, wobei die obere Kerbenfläche (63) ein Teil eines Zylindermantels ist. Die andere Kerbenfläche (62) liegt in der Fläche (32) aus 1.
4 zeigt einen LED-Teilkörper (10), der eine rotationssymmetrische Taille (70) hat. Die Taille (70) hat einen dreieckigen Einzelquerschnitt, der sich im Wesentlichen aus einem Kreisbogen (74) und einer Geraden (73) zusammensetzt.
Der zweite LED-Teilkörper (20) umfasst den ersten LED-Teilkörper (10) zumindest im Bereich der LED-Hauptlichtaustrittsfläche. Im Ausführungsbeispiel besteht er aus einer Kombination aus einem geraden, langen Zylinder (21) und aus einem daran angeordneten abgestumpften Rotationsparaboloid (22). Die obere hier z. B. ebene Stirnfläche des abgestumpften Paraboloids (22), die normal zur Mittellinie (18) der Lumineszenzdiode ausgerichtet ist, bildet die Hauptlichtaustrittsfläche (24). Im Brennpunkt des Paraboloids (22), vgl. doppelstrichpunktierte Parabel (23), liegt der Chip (6). Der Übergang zwischen dem langen Zylinder (31) und dem Paraboloid (22) liegt oberhalb der Ebene (7). Der äußere LED-Teilkörper (20) umschließt hier den inneren Teilkörper (11) auf allen Seiten mit Ausnahme der unteren Stirnfläche (12).
Da der äußere LED-Teilkörper (20) um den anderen (10) in einer Spritzgussform umspritzt wird, entsteht bei der entsprechenden Werkstoffkombination eine verschmolzene Einheit ohne Gaseinschlüsse, bei der der zweite, später hinzugefügte Werkstoff (9) den anderen – schon formsteifen Werkstoff (8) – während der Erstarrungsphase zumindest in den Oberflächenbereichen anlöst.
Beide Teilkörper (10, 20) können z. B. auch aus dem selben Werkstoff gefertigt sein.
Auch der zweite, äußere LED-Teilkörper (20) kann als Hintergriff nutzbare Ausnehmungen und/oder Taillen aufweisen. Hierbei können diese Ausnehmungen und/oder Taillen sowohl nach innen – also zum inneren Teilkörper (10) hin – oder nach außen orientiert sein. Im letzteren Fall kann mit den derart entstandenen Hintergriffsmöglichkeiten die fertige LED in andere lichtleitende oder lichtabgebende Baugruppen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Anschluss, Anode, Elektrode
2: Bonddraht, Aludraht
4: Anschluss, Kathode, Elektrode
5: Reflektorwanne, Pfosten
6: Chip
7: Ebene durch Chipschwerpunkt
8: Werkstoff für inneren LED-Teilkörper
9: Werkstoff für äußeren LED-Teilkörper
10: LED-Teilkörper, innen
11: Zylinder, flanschartiger Kragen
12: Stirnfläche, unten
13: Stirnfläche, oben
14, 15: Abflachungen
16: Kegelstumpf, Außenkontur
17: Kalotte
18: LED-Mittellinien, LED-Längsachsen
20: LED-Teilkörper, außen
21: Zylinder, lang
22: Paraboloid, abgestumpft
23: Parabel, doppelstrichpunktiert
24: Hauptlichtaustrittsfläche, Stirnfläche zu (22)
30: Kanal, nutförmig, gerade
31: Kanalgrund
32: Seitenwand, unten
33: Seitenwand, oben
40: Kanal, nutförmig, gekrümmt
41: Kanalgrund, Teil eines Zylindermantels
50: Kanal
60: Kerbe
62: Seitenwand, unten
63: Seitenwand, Teil eines Zylindermantels
70: Taille
73: gerade Querschnittskante
74: kreisbogenförmige Querschnittskante

Claims

Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern in mindestens zwei Fertigungsstufen, wobei: – ein erster, innerer LED-Teilkörper (10) mindestens einen lichtemittierenden Chip (6) und mindestens zwei mit dem Chip (6) elektrisch verbundene Elektroden (1, 4) umgibt, – ein zweiter, äußerer LED-Teilkörper (20) den ersten zumindest bereichsweise umgibt, – der erste, innere Teilkörper (10) in einem Bereich, der von dem zweiten, äußeren LED-Teilkörper (20) umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung (30–60) oder mindestens einer Taille (70) ausgestattet ist, und – die Ausnehmung (30–60) oder Taille (70) unterhalb einer Ebene (7) liegt, die durch den Schwerpunkt des Chips (6) verläuft und normal zur Mittellinie (18) des ersten, inneren LED-Teilkörpers (10) orientiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite, äußere LED-Teilkörper (20) um den ersten, inneren LED-Teilkörper (10) in einer Spritzgussform umspritzt wird, wobei der später hinzugefügte Werkstoff (9) des zweiten, äußeren LED-Teilkörpers (20) den ersten, inneren LED-Teilkörper (10) zumindest in den Oberflächenbereichen anlöst, wodurch eine verschmolzene Einheit ohne Gaseinschlüsse entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung (30–70) mindestens eine Tiefe hat, die 5% des Durchmessers der lichtleitenden LED-Körper im Bereich der Ebene (7) entspricht.