DE112011101305B4

DE112011101305B4 - Lichtleitsystem, Verfahren zur Herstellung eines Lichtleitsystems und Anwendung eines Lichtleitsystems

Info

Publication number: DE112011101305B4
Application number: DE112011101305.1T
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2011-04-09
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2031-04-10
Also published as: DE102010015068A1; DE112011101305A5; WO2011127902A1

Abstract

Lichtleitsystem mit einer LED, bestehend aus einem halbleitenden Chip (1),- der bei Kontakt mit einer Gleichspannung Licht emittiert,- der mechanisch und elektrisch mit einem plattenförmigen Chipträger (2) verbunden ist, der zwei elektrische Kontakte (21) aufweist,- auf dem Chipträger (2) ein Hohlkörper (3) befestigt ist,- dessen Innenfläche (31) Licht reflektiert und- der zwei Öffnungen (33, 34) aufweist,- von denen die erste, die Befestigungsöffnung (33), den Chip (1) umgibt und- durch die zweite, die Lichtöffnung, Licht (34) mit einem Ausstrahlungswinkel austritt, der kleiner als der Ausstrahlungswinkel der LED ist, und- der Hohlkörper (3) annähernd rotationssymmetrisch ist,- die Innenfläche (31) des Hohlkörpers (3) mit einer transluzenten, eingefärbten Schicht bedeckt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Masse (4) befüllt ist,- durch die er mit dem Chipträger (2) mechanisch verbunden ist und- die am offenen Ende des Hohlkörpers (3) eine optisch wirkende Linse (41) bildet, die konkav oder konvex geformt ist und dass das Lichtleisystem mit einer Lackschicht überzogen ist, die auf einer konvexen Linse (41) eine zweite, ebenfalls optisch wirkende Linse bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtleitsystem mit einer LED (Licht emittierenden Diode), bestehend aus einem halbleitenden Chip, der bei Kontakt mit einer Gleichspannung Licht emittiert und der mechanisch und elektrisch mit einem plattenförmigen Chipträger verbunden ist, der zwei elektrische Kontakte aufweist, auf ein Verfahren zu Herstellung eines Lichtleitsystems und auf die Anwendung eines Lichtleitsystems.
Leuchtdioden sind seit Jahrzehnten ein bekanntes und bewährtes Leuchtmittel. Gegenüber Glühlampen in allen ihren Varianten haben sie den Vorteil eines erheblich besseren Wirkungsgrades bei erheblich kleineren Abmessungen, geringeren Kosten und längerer Lebensdauer Deshalb werden sie auf aktuellem Stande der Technik immer zahlreicher eingesetzt.
Ein interessantes Anwendungsbeispiel sind z.B. die Bohrer im Dentalbereich. Zur Beleuchtung eines anzubohrenden Zahns ist in das Winkelstück der Halterung des Bohrers eine Leuchtdiode integriert, deren Lichtstrahlen auf den zu bearbeitenden Zahn fokussiert werden müssen. Eine besondere Herausforderung dieser Anwendung ist der relativ winzige Einbauraum, der für die Lichtquelle zur Verfügung steht.
Bei jeder Anwendung ist zu beachten, dass Leuchtdioden im Prinzip aus einem etwa plattenförmigen Abschnitt eines halbleitenden Materials bestehen, das durch entsprechende Dotierung einen Teil des Gleichstromes in Licht umwandelt. Leider können auf aktuellem Stand der Technik auch die effizientesten Leuchtdioden nur etwa 20 % der eingehenden elektrischen Energie in Licht umwandeln. Die restlichen 80 % müssen als „Verlustwärme“ abgeführt werden. Für eine entsprechende Kühlung ist also zu sorgen.
Eine weitere Einschränkung aller LED's ist, dass das Licht von einer der beiden großen Flächen der Platte in alle Richtungen abstrahlt. Der leuchtende Chip selbst hat also einen Lichtaustrittswinkel von 180 Grad, was für die meisten Anwendungen zu groß ist.
Deshalb ist es auf aktuellem Stand der Technik üblich, die Lichtstrahlen des Chips auf einen Reflektor zu richten, der oft rotationssymmetrisch aufgebaut ist und im Querschnitt parabolisch geformt ist. Dieser Reflektor bündelt die Lichtstrahlen so, dass sie in etwa parallel verlaufen und wirft sie auf eine optische Linse, die die Lichtstrahlen in einem Brennpunkt fokussieren. Dadurch wird der Lichtaustrittswinkel von den 180 Grad des Chips auf Werte bis herunter zu 10 Grad reduziert. Weil die Lichtstrahlen dabei zum größten Teil reflektiert werden, lassen sich mit diesen Hilfseinrichtungen sehr hohe Leuchtdichten erzielen.
Ein wesentlicher Nachteil ist jedoch, dass alle benötigten Baugruppen in ein transparentes oder wenigstens transluzentes Gehäuse eingebaut werden müssen, das im Vergleich zu den Abmessungen des Chips sehr voluminös ist. Wenn mehrere LED's auf einer Fläche aneinander gereiht werden müssen, sorgt dieses große Bauvolumen für eine ganz deutliche Reduzierung der erzielbaren Lichtdichte.
Ein weiterer, gravierender Nachteil ist, dass die Kosten für den Reflektor und die spezielle optische Linse im Vergleich zu den Kosten des Chips selber sehr hoch sind.
Deshalb sind auf aktuellem Stand der Technik zahlreiche Beispiele für eine Vereinfachung der Konstruktion und eine Reduzierung der Herstellkosten bekannt. Die Offenlegungsschrift DE 10 2007 004 807 beschreibt eine „lichtemittierende Einrichtung“, bei der die Lichtstrahlen von der LED aus durch eine lichtdurchlässige Masse hindurch auf eine optische Linse treffen. Dabei ist der lichtaussendende Chip auf dem „Boden“ eines gefäßartigen Gehäuses montiert, das mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Vergussmasse befüllt ist. Diese Vergussmasse reicht bis an eine optische Linse heran, die mittels wenigstens dreier Beine auf der Fläche des Chipträgers ruht und die Lichtstrahlen fokussiert.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung ist, dass jeweils eine separate Linse benötigt wird. Es muss also für jeden erwünschten Lichtausstrahlwinkel auch eine entsprechend angepasste Linse konstruiert, gefertigt und herbeigeschafft werden. Ein ebenfalls nicht zu unterschätzender Nachteil ist, dass bei der Montage mehrere Teile und die Vergussmasse beschafft, bereitgehalten und fachgerecht zusammengebracht werden muss.
Weiterhin ist aus der DE 101 59 695 A1 eine einen hohen Lichtstrom emittierende Diode mit einer Licht-emittierenden Diode vom Flip- Chip-Typ mit einem transparenten Substrat und einem Decksubstrat bekannt. Das Decksubstrat besitzt eine Mittelausnehmung mit einer abgeschrägten reflektierenden Seitenwand. Der Licht-emittierende Diodenchip befindet sich innerhalb der Mittelausnehmung. Das Basissubstrat ist unterteilt durch einen mittleren isolierenden Bereich in zwei Teile, die an die beiden Elektroden des Licht-emittierenden Diodenchips angeschlossen sind. Ein hohes thermisch und elektrisch leitendes Material kommt zum Einsatz zur Bildung des Basissubstrates, um einen hohen Strom zu leiten und Wärme hochwirksam abzuleiten. Ein transparentes Harz oder ein Epoxyharz wird eingesetzt, um die Mittelausnehmung abzudecken und den Diodenchip abzudichten. Licht mit einer hohen Intensität kann emittiert werden, da das Licht übertragen wird, reflektiert durch eine reflektierende Elektrode des Diodenchips oder abgelenkt durch die reflektierende Seitenwand, um durch die Mittelöffnung des Decksubstrates auszutreten.
Eine ähnliche lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einem Gehäuse, mit einer Aussparung und einer reflektierenden Platte ist aus der JP2007 - 227 480 A bekannt. Die Platte ist auf einer Bodenfläche der Aussparung platziert, indem ein Spalt zwischen den Seitenwänden der Aussparung bereitgestellt wird, die in einer zur Öffnungsseite des vertieften Teils hin erweiterten Form ausgebildet ist und einen beweglichen Teil aufweist. Der bewegliche Teil ist in einer Seitenwandrichtung des vertieften Teils bewegbar. Ein lichtemittierendes Halbleiterelement ist auf der unteren Fläche des vertieften Teils angeordnet und von der reflektierenden Platte umgeben. Weiterhin sind eine Verdrahtung zum elektrischen Verbinden des lichtemittierenden Halbleiterelements nach außen und ein Harz, das in die reflektierende Platte gefüllt ist, vorgesehen. Eine Wärmespannung, die durch einen Unterschied des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Gehäuse und dem Harz aufgrund der Erwärmung während der Montage verursacht wird, wird durch Bereitstellen eines Schlitzes an der reflektierenden Platte entspannt. Als Ergebnis wird die durch das Harz verursachte thermische Belastung verringert, so dass verhindert werden kann, dass sich das Harz vom Reflektor ablöst, was zu einem Fehler wie einer Trennung des Drahtes oder einer Zerstörung des Halbleiter-Lichtemissionselements führt. Wenn die Erwärmung abgeschlossen ist und das Harz in den ursprünglichen Zustand schrumpft, wird der konvexe Abschnitt durch die elastische Kraft wieder auf seine ursprüngliche Größe zurückgeführt. Daher ist es bei dem sogenannten geprägten Reflektor möglich, die Dicke des Reflektors zu reduzieren, die erforderlich ist, um eine vorbestimmte mechanische Festigkeit zu erhalten. Insgesamt weist die lichtemittierende Halbleitervorrichtung den Vorteil auf, dass die Dicke des Reflektors verringert werden kann, da mehrere konvexe Abschnitte ausgebildet sind, in denen die Seitenwände des Reflektors nach innen vorstehen.
Weiterhin ist aus der DE10 2007 040 596 A1 des Anmelders ein Beleuchtungsmittel mit Wärmespreizung durch Wärmeleitbeschichtung bekannt. Um die bekannten Beleuchtungsmitteln für Handgeräte derart weiterzuentwickeln, dass dem Benutzer eine kostengünstig herstellbare Halbleiterbeleuchtung zur Verfügung gestellt wird, welche einen Betrieb mit erhöhter Leistung in einem bestimmten Temperaturbereich ermöglicht, weist dieses auf:

➢ eine bedrahtete Leuchtdiode mit daran befestigter Gehäusehaube und Grundplatte aus der die elektrische Anschlüsse hervorstehen,
➢ ein an die Grundplatte anschließendes und damit in Kontakt stehendes wärmeleitendes LED-Teil mit Bohrungen für das Durchführen der elektrischen Anschlüsse,
➢ ein dem wärmeleitenden LED-Teil nachgeordnetes Kupplungsteil mit Ausnehmungen für das Führen der elektrischen Anschlüsse,
➢ eine den noch vorhandenen Raum zwischen der Grundplatte und dem LED-Teil einschließlich der Bohrungen ausfüllende Wärmleitsubstanz und
➢ eine Beschichtung oder Benetzung mit einem Wärmeleitlack von zumindest Teilbereichen der Gehäusehaube, des Randbereichs der Grundplatte und des wärmeleitenden LED-Teils,

Schließlich ist aus der WO 2010 / 035 206 A1 eine lichtemittierende Vorrichtung bekannt, die eine auf einem Submount angeordnete Leuchtdiode umfasst, wobei die Vorrichtung eine seitliche Umfangsfläche und eine obere Fläche aufweist, und eine optisch aktive Beschichtungsschicht, wobei die Beschichtungsschicht zumindest einen Teil der Umfangsfläche bedeckt, sich von der Unterlage zu der oberen Fläche erstreckt und im Wesentlichen die obere Fläche nicht bedeckt. Insbesondere kann die Beschichtungsschicht jedoch leuchtend, farbig, streuend und absorbierend sein.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Lichtleitsystem mit einer LED zu entwickeln, bei dem die Anzahl der benötigten Teile weiter reduziert ist, die vorgefertigten Teile in weiten Grenzen für verschiedene Lichtaustrittswinkel geeignet sind, die Kosten gesenkt werden und trotzdem der Austrittswinkel einer wesentlichen Teilmenge der insgesamt aus der LED austretenden Lichtmenge schnell und problemlos auf den jeweils benötigten Wert angepasst werden kann und der restliche, kleinere Teil der Lichtmenge außerhalb dieses Austrittswinkels breit gestreut oder ebenfalls fokussiert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Lichtleitsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, einem Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 15 und einer Anwendung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 19 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind verschiedene Weiterbildungen angegeben.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung ist also der Hohlkörper. Dieser Hohlkörper kann verschiedene Formen aufweisen, die sich in ihrem Herstellungsaufwand und in ihrer Wirkung deutlich unterscheiden.
In einem sehr einfachen Fall ist der Hohlkörper ein kurzer Abschnitt eines Rohres, der senkrecht zur Symmetrieachse abgeschnitten ist. Sinnvollerweise ist sein Durchmesser so groß, dass seine Befestigungsöffnung auf dem Chipträger aufliegt. Da der Chipträger in den meisten Fällen quadratisch ist, ergibt sich daraus, dass der Hohlkörper den Chip umgibt.
Die Symmetrieachse des Hohlkörpers kann einen beliebigen Winkel zum Chip einnehmen. Meist ist die Symmetrieachse des Hohlkörpers jedoch senkrecht zur Oberfläche des Chips ausgerichtet und verläuft durch den Chip hindurch. In beiden dieser einfachen Fälle wird der Lichtaustrittswinkel der LED reduziert und zwar dadurch, dass die Lichtstrahlen in den äußeren Bereichen des Lichtaustrittswinkels die also nahezu parallel zur Oberfläche des Chips oder in einem spitzen Winkel dazu abstrahlen - auf ihrem direkten Weg von dem Hohlkörper blockiert werden. Nur noch die senkrecht zur Chipoberfläche oder in einem recht großen Winkel zur Chipoberfläche abgestrahlten Lichtstrahlen treten direkt aus der freien Öffnung des Hohlkörpers aus.
Die anderen Lichtstrahlen, die auf die Innenfläche des Hohlkörpers auftreffen, werden jedoch dann nicht verschluckt, wenn die Innenfläche reflektierend ausgebildet ist. Nach dem Grundsatz, dass der Einfallswinkel der Lichtstrahlen gleich dem Ausfallswinkel ist, lässt sich der Strahlengang sehr einfach nachverfolgen.
Eine geometrisch einfach zu beschreibende und kostengünstig herzustellende Form eines Hohlkörpers ist zum Beispiel ein hohler Kreiszylinder, auch verkürzt als Hohlzylinder bezeichnet. Wenn die Innenfläche eines solchen Hohlzylinders reflektierend ausgeführt ist, lässt sich am Strahlengang sehr deutlich zeigen, dass durch diese Reflektion der Kegel des direkt austretenden Lichtes vergrößert wird, da auch ein zweifach und öfter reflektierter Lichtstrahl immer noch wahrzunehmen ist.
Wenn die Innenfläche des Hohlzylinders verspiegelt ist, sind die Verluste bei der Reflektion so gering, dass auch noch die doppelt und sogar die noch öfter reflektierten Lichtstrahlen wirkungsvoll zu einer Vergrößerung des Lichtkegels beitragen. Wenn die Innenfläche jedoch nur eine polierte Metalloberfläche ist oder wenn sie einen noch geringeren Reflektionsfaktor aufweist, dann wird die Helligkeit des mehrfach reflektierten Lichtstrahles beim Austritt nur noch sehr gering sein.
Dadurch bildet sich in der Summe von direkt durchlaufenden und reflektierten Lichtstrahlen ein Lichtkegel aus, dessen Intensität zu seinem Rand hin deutlich abnimmt. Im Unterschied zu den aufwendigen Systemen mit Reflektoren und Linsen ist der Lichtkegel NICHT scharf abgegrenzt, sondern von einem „Ring“ mit gedämpftem Licht umgeben. Derartige Lichtkegel sind z.B. für Beleuchtungsaufgaben oft gefordert.
Ein ganz wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist ihr sehr einfacher Aufbau, da nur ein einziges Element erforderlich ist. Wenn es z.B. der erwähnte Abschnitt eines Rohres ist, dann sind die absoluten Kosten dafür sehr niedrig und sehr viel geringer, als bei anderen, bekannten Lichtleitsystemen für LED's.
Der Innendurchmesser des Hohlkörpers muss sinnvoller Weise stets größer als die maximale Abmessung der Chipoberfläche sein, in den meisten Fällen also größer als die Diagonale des Chips. Die Länge des Hohlkörpers bestimmt den Lichtaustrittswinkel des direkt ausstrahlenden Lichtes: Je länger der Hohlkörper ist, desto kleiner ist dieser Lichtaustrittswinkel.
Für das reflektierte Licht ergibt sich eine Einschränkung aus der Anzahl der Reflektionen der Lichtstrahlen. Da für einen sehr kleinen Lichtaustrittswinkel eine relativ große Anzahl von Reflektionen erforderlich ist, folgt daraus die Notwendigkeit eines relativ hohen Reflektionsfaktors, also z.B. die Notwendigkeit, die Innenfläche des Hohlkörpers zu polieren oder zu verspiegeln.
Um die Intensität der gebündelten Lichtstrahlen weiter zu erhöhen, schlägt die Erfindung vor, dass die Innenfläche des Hohlkörpers nicht ein Kreiszylinder ist, sondern ein Kegelstumpf. Mit dieser Formgebung des Hohlkörpers wird der Lichtaustrittswinkel für sämtliche, aus der LED austretenden Lichtstrahlen reduziert, da die nicht durch die Lichtaustrittsöffnung des Hohlkörpers direkt hindurch tretenden Lichtstrahlen nach der Reflektion näher an der Symmetrieachse des Hohlkörpers verlaufen als bei einem hohlen Kreiszylinder.
Eine noch schärfere Bündelung der Lichtstrahlen wird erreicht, wenn die Innenfläche des Hohlkörpers ein Segment eines Paraboloids ist, in dessen Brennpunkt die LED angeordnet ist. Diese Anordnung unterscheidet sich von den zahlreichen, bekannten Paraboloiden in Scheinwerfern und in LED's dadurch, dass das Paraboloid zwei Öffnungen aufweist. Da eine LED - anders als z.B. ein glühender Draht - nicht rundum Licht abstrahlt, müssen nur die tatsächlich bestrahlten Flächen reflektierend ausgebildet sein.
Das Paraboloid kann so geformt sein, dass es den Lichtaustrittswinkel reduziert, aber die austretenden Lichtstrahlen nicht parallel zueinander verlaufen, sondern immer noch etwas „auseinander“ laufen.
In einer weiter eingegrenzten Alternative hat das Paraboloid einen Brennpunkt Wenn in diesem Brennpunkt die Oberfläche der LED angeordnet ist, dann laufen die austretenden Lichtstrahlen etwa parallel. Je kleiner die Oberfläche des Chips im Verhältnis zur Innenfläche eines derart geformten Paraboloids ist, desto geringer ist die Abweichung der reflektierten Lichtstrahlen von der exakten Parallelität.
Alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Hohlkörpers beeinflussen den durch die Lichtöffnung direkt hindurch tretenden Anteil des Lichtes jedoch nicht.
Um auch die Ausrichtung dieses Anteils der Lichtstrahlen zu beeinflussen, schlägt die Erfindung eine kostengünstigere und insbesondere bei kleinen Lichtaustrittswinkeln sehr interessante Ausführungsvariante vor: Erfindungsgemäß wird der Hohlkörper mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Masse befüllt, die am offenen Ende des Hohlkörpers eine optisch wirkende Linse bildet. Für eine Bündelung der Lichtstrahlen - also für einen relativ kleinen Lichtaustrittswinkel - muss diese Linse eine Sammellinse sein, auch Kollimatorlinse oder Konvexlinse genannt. Die Bezeichnung „Konvexlinse“ ist von ihrer äußeren Form abgeleitet, nämlich ihrer konvex gekrümmten Oberfläche.
Es ist eine wesentliche Idee der vorliegenden Erfindung, nicht eine separate Linse einzusetzen, wie es dem bekannten Stand der Technik entspricht, sondern die Verfüllmasse, die zur Befestigung des Hohlkörpers dient, gleichzeitig auch zur Bildung einer Linse zu nutzen.
Dafür nutzt die Erfindung die Oberflächenspannung, die eine jede Flüssigkeit an ihrer Grenzfläche zu benachbarten Gasen aufweist. Dieses Oberflächenspannung ist z. B. für jedermann ersichtlich, der ein Trinkgefäß mit Flüssigkeit befüllt: Die Oberflächenspannung dieser Flüssigkeit ermöglicht es, in das Trinkgefäß eine geringfügig größere Flüssigkeitsmenge einzufüllen, als durch das geometrische Volumen des Trinkgefäßes vorgegeben ist, da die darüber hinausgehende Flüssigkeitsmenge einen „Hügel“ bildet. An den Rändern dieses Hügels bildet sich eine stark gekrümmte Oberfläche aus, die durch die Oberflächenspannung zusammengehalten wird.
Dabei ist die maximal erreichbare Höhe dieses „Flüssigkeitshügels“ von den rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit abhängig. Das weithin bekannte Beispiel von Kaffee in einer Kaffeetasse ermöglicht maximal eine Überhöhung des Flüssigkeitsspiegels, die sehr viel kleiner als der Durchmesser einer typischen Kaffeetasse ist. Es leuchtet ohne weiteres ein, dass bei einer deutlichen Verkleinerung des Durchmessers vom Gefäß die maximal erzielbare Überhöhung des Flüssigkeitsspiegels nicht nur relativ zum sinkenden Durchmesser des Gefäßes anwächst, sondern auch die absolute Höhe ansteigt, da der seitliche Druck der über den Rand des Gefäßes hinaus stehenden Flüssigkeitsmenge sinkt.
Bei einer „überfüllten“ Kaffeetasse ist die Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels zum allergrößten Teil eben. Bei einer kontinuierlichen Reduzierung des Durchmessers einer „überfüllten“ Kaffeetasse wird ab einem bestimmten Durchmesser der Flüssigkeitsspiegel keine Ebene mehr aufweisen, sondern ausschließlich aus gekrümmten Flächen bestehen. Diese Form der Flüssigkeitsoberfläche entspricht in etwa der Form einer Linse.
Dafür verantwortlich sind die Molekularkräfte zwischen den Molekülen verschiedener, aneinandergrenzender Stoffe, und zwar mit dem allgemein als Kohäsionskräfte bezeichneten Anteil.
Alternativ ist es bei der Erfindung möglich, dass am Ende des nach oben offenen Hohlkörpers anstelle einer konvexen Linse durch eine nicht vollständige Befüllung des Hohlraumes eine konkave Linse geformt wird. Das ist jedoch nur dann möglich, wenn die eingefüllte Masse die Gefäßwandung benetzt.
Die Erklärung dafür ist, dass auch zwischen gleichartigen Molekülen molekulare Wechselwirkungen existieren. In diesem Fall wird von Adhäsionskräften gesprochen. Je nach der resultierenden Kraft aus Adhäsions- und Kohäsionskräften sind die Flüssigkeiten benetzend oder nicht benetzend. Bei benetzenden Flüssigkeiten ist die Adhäsion größer als die Kohäsion, wie z.B. bei Wasser auf Glas. Bei nicht benetzenden Flüssigkeiten ist die Adhäsion kleiner als die Kohäsion, wie z.B. bei Quecksilber auf Glas.
Für eine Wirkung als optische Linse ist es natürlich auch erforderlich, dass die Masse, mit der der Hohlkörper ausgefüllt ist, einen Brechungsindex besser als 1 aufweist. Die Erfindung bevorzugt Materialien mit einem Brechungsindex von wenigstens 1,1 bis herauf zu 2,5.
Die zumindest transluzente, besser noch transparente Masse im Hohlkörper sollte neben einem hohen Brechungsindex möglichst noch andere Eigenschaften aufweisen. Vorteilhaft ist eine hohe Wärmekapazität. Da der Licht emittierende, halbleitende Chip leider nur maximal etwa 20 % der aufgenommenen Energie als Licht wieder abgibt und die restlichen 80 % in Wärme umgewandelt werden, muss diese Wärme als Verlustwärme abgeführt werden. Dazu dient zum einen der Chipträger, zum anderen ist aber auch die Masse, die den Chip nach oben hin bedeckt, für die Abtransport der Wärme sehr wichtig, da sie mehr als die Hälfte der Oberfläche des Chips bedeckt.
Wenn die LED im intermittierenden Betrieb genutzt wird, also stromfreie Pausen vorhersehbar sind, dann kann ein Teil der Verlustwärme in der Masse selbst „zwischengelagert“ werden. Dadurch ist es bei einer intermittierenden Betriebsweise möglich, eine hellere LED einzusetzen, als es von dem zur Verfügung stehenden Volumen des Wärmeabtransportes her eigentlich möglich wäre.
Aus dieser Betrachtung folgt auch, dass eine hohe Wärmeleitfähigkeit ebenso wünschenswert ist, um auch im Dauerbetrieb möglichst helle, lichtstarke LED's einsetzen zu können.
Da die Masse einen direkten Kontakt zu den elektrischen Zuleitungen haben kann, ist ein hoher elektrischer Widerstand vorteilhaft. Weitere, vorteilhafte Eigenschaften sind eine hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlen, gegen hohe Temperaturen und generell eine möglichst hohe Alterungsbeständigkeit.
Als eine Ausführungsvariante ist die Masse eingefärbt. Alternativ dazu kann auch die Innenfläche des Hohlkörpers mit einer transluzenten, eingefärbten Schicht bedeckt werden. Durch eine eingefärbte transluzente Masse oder eine eingefärbt transluzente Schicht auf der Innenfläche des Hohlkörpers wird aus einem polychromen Licht einer LED nur ein bestimmter Wellenbereich herausgefiltert. Das ist z.B. dann interessant, wenn standardmäßig weiß leuchtende LED's eingesetzt werden sollen, und nur durch die Mischung der Masse eine bestimmte Farbe des Lichtes herausgefiltert werden soll.
Es ist denkbar, dass die Masse im Hohlkörper ein Festkörper ist, der gemäß den hier aufgezählten Erfordernissen geformt ist.
Alternativ dazu kann sich im Hohlkörper auch ein transluzenter oder transparenter Körper befinden, der zu der Innenfläche beabstandet ist oder sie nur auf einer Linie oder nur in einigen Punkten berührt. So kann z.B. in den Hohlkörper eine optische Linse eingelegt werden. Dieser Körper kann ganz oder teilweise mit einer transluzenten Masse vergossen werden.
Wenn der Querschnitt des Hohlkörpers von dem eingelegten Festkörper nahezu oder vollständig ausgefüllt wird, dann können in den Festkörper auch Kanäle als Zufluss für eine Vergussmasse eingearbeitet oder eingeformt werden.
Die Aufwendungen für die Herstellung eines solchen Festkörpers sind jedoch nennenswert. Deshalb bevorzugt es die Erfindung, dass die Masse in flüssigem Zustand in den Hohlkörper eingießbar ist und darin aushärtet. Dadurch wird als wesentlicher Vorteil erreicht, dass die Masse zur Verbindung des Hohlkörpers mit dem Chipträger dient. Sie wirkt also nicht nur als Lichtleiter, sondern zugleich als Befestigungsmittel.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Masse mit verhältnismäßig geringem Aufwand beschafft, gelagert und verarbeitet werden kann. Die dafür anfallenden Gesamtkosten sind um Größenordnungen niedriger als bei dem Konstruieren, Herstellen und Einpassen eines Festkörpers.
Als Masse sind insbesondere vernetzbare Kunststoffe geeignet. Vorzugsweise ist ihre Basis z.B. ein Silikon, ein Epoxidharz, ein Polyurethan oder ein MS-Polymer. Jedoch sind auch alle anderen Kunststoffe oder anderen Werkstoffe mit einsetzbar, die zumindest transluzent sind und die in flüssigem Zustand eine derart hohe Oberflächenspannung aufweisen, dass die Bildung zumindest einer konvexen Linse möglich ist.
In einer sehr einfachen Ausführung eines Lichtleitsystems ist auf dem Chipträger ein Hohlzylinder befestigt, der nicht mit einer Masse befüllt ist. Unabhängig davon, ob der Hohlraum also leer oder mit einer besonderen Masse befüllt ist, ist es von Vorteil, wenn die Innenfläche des Hohlzylinders zumindest poliert oder -als weitere Verbesserung - verspiegelt ist. Mit einer Zunahme des Reflexionsfaktors steigt auch die Lichtausbeute eines derartigen Lichtleitsystems.
Der Hohlzylinder wird in den meisten Fällen ein Kreiszylinder sein, also einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt kann jedoch auch polygen sein oder aus unregelmäßig geformten
Abschnitten bestehen, die periodisch wiederkehren, so dass die Form angenähert rotationssymmetrisch ist.
Ebenso wird die Außenfläche des Hohlzylinders voraussichtlich in den meisten Anwendungsfällen ebenfalls zylindrisch sein, so dass der Hohlzylinder ein Abschnitt eines dünnwandigen Rohres ist. Für die Außenfläche sind jedoch keine prinzipiellen Einschränkungen der Formgebung erforderlich. Deshalb ist es z.B. denkbar, dass die Außenfläche der Hohlkörper als Quadrat oder als regelmäßiges Sechseck oder als regelmäßiges Achteck gestaltet ist, um nebeneinander angeordnete Lichtleitsysteme an den Seitenwänden miteinander flächig zu verbinden, z.B. durch Verklebung.
Für jede Form eines Hohlkörpers schlägt die Erfindung als eine weitere, interessante Ausführungsform vor, dass der Hohlkörper an seiner Lichtöffnung eine „scharfe“ Kante mit einem sehr kleinen Krümmungsradius aufweist. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei einer relativ kleinen Oberflächenspannung einer Flüssigkeit, mit der der Hohlkörper befüllt wird, trotzdem noch die Ausbildung einer konvexen Linse möglich ist, die durch eine „Überfüllung“ des Innenraumes vom Hohlkörper entsteht.
Eine vorteilhafte Variante für die Gestaltung des oberen Randes des Hohlkörpers ist ein „schräger“ Anschliff, der bei einem kreisförmigen Hohlkörper - also einem Hohlzylinder - nach innen hin die Form eines Hohlkegels erzeugt. Alternativ kann der Hohlzylinder auch nach oben hin in einen Hohlkegel übergehen. Die Fläche dieses Hohlzylinders reflektiert auftreffende Lichtstrahlen so, dass ihre Richtung näher an die Mittelachse heran rückt. Damit trägt der hohlkegelförmige Bereich zu einer weiteren Bündelung der Lichtstrahlen bei.
Weitere Varianten zur Formung des Hohlkörpers beziehen sich auf die Befestigung und die Zentrierung des Hohlkörpers auf dem Chipträger. Im einfachsten Fall ist der Chipträger plattenförmig und weist eine Ebene auf, auf der der Hohlkörper aufgestellt wird. Das ist dann am einfachsten, wenn die zur Aufstellung genutzte Schnittkante des Hohlkörpers ebenfalls in einer Ebene verläuft. Die Erfindung bevorzugt, dass diese „Schnittebene“ des Hohlkörpers senkrecht zur Symmetrieachse des Hohlkörpers verläuft. Dadurch ist auch der Lichtaustrittskegel symmetrisch.
Es sind jedoch auch Anwendungsfälle denkbar, in denen der Hohlkörper geneigt auf der Chipfläche angeordnet wird. Dadurch kann die Mittelachse des Lichtaustrittskegels auch unabhängig von der Ebene des Chipträgers ausgerichtet werden.
Als Alternative zu einem „geraden“ Ende des Hohlkörpers kann in den Chipträger ein Absatz oder ein anderer erhabener Abschnitt oder eine andere erhabene Ausformung eingebracht werden, die den Hohlkörper auf dem Chipträger zentriert. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlkörper an seinem zum Chipträger hin weisenden Ende Ausformungen aufweisen, die in dazu etwa komplementäre Öffnungen im Chipträger eingreifen oder die über wenigstens zwei gegenüberliegende Kanten des Chipträgers hinweg greifen.
Mit diesen zusätzlichen Absätzen, Rastnasen, Stiften oder ähnlichen Formelementen werden die Befestigung und die Zentrierung des Hohlkörpers auf dem Chipträger vereinfacht.
Es hängt vom Anwendungsfall mit seinen Anforderungen und seinem Stückzahlhorizont ab, ob der dafür erforderliche Mehraufwand wirtschaftlich sinnvoll ist, oder ob eine Vorrichtung effizienter ist, welche den Hohlkörper auf einem ebenen Chip vor dem Vergießen positioniert und festhält.
Eine andere, erfindungsgemäße Ausführungsform, die auf die optischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Lichtleitsystems wirken kann, ist der Überzug mit einer Lackschicht. Diese Lackschicht kann auf die LED mit einer nach unten weisenden, konvexen Linse so aufgebracht werden, dass sich auf der Linse eine zum Mittelpunkt hin verdickende Schicht bildet. Dadurch entsteht eine zusätzliche Linse, die die Lichtstrahlen weiter fokussiert. Es ist selbstverständlich, dass dazu der Lack auch zumindest transluzent, besser aber noch transparent sein muss.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Lichtleitsystems wird im ersten Schritt der Hohlkörper so auf dem Chipträger positioniert, dass er den Chip umgibt. Im zweiten Schritt wird der nach oben weisende Hohlkörper mit einer transparenten oder transluzenten Masse in flüssigem Zustand ausgefüllt. Im dritten Schritt härtet diese Masse aus.
Dabei ist es ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass durch die Dosierung der eingefüllten Menge an flüssiger Masse die optischen Eigenschaften der erstarrten Masse im Bereich des offenen Endes des Hohlkörpers bestimmt werden. Wenn die flüssig eingefüllte Menge der Masse größer ist als das Volumen des Hohlkörpers und wenn die Geschwindigkeit beim Einfüllen maximal nur so hoch ist, dass die über den Hohlkörper hinaustretende Restmenge der flüssigen Masse noch durch ihre Oberflächenspannung zusammengehalten wird, wird ein konvexer Meniskus gebildet, der als Linse wirkt. Die rheologischen Eigenschaften der eingefüllten Flüssigkeiten müssen die Bildung der über den Rand des Hohlkörpers hinaus stehenden Linse ermöglichen.
In erster Annäherung sollte die Flüssigkeit so beschaffen sein, dass der Radius des maximal über den Rand des Hohlkörpers hinaus aufbaubaren Flüssigkeitshügels etwa dem Radius des Hohlkörpers entspricht. Dann ist es möglich, den Brennpunkt der dabei entstehenden Linse durch die Füllmenge verändern zu können. Das setzt natürlich eine entsprechend hohe Genauigkeit beim Einfüllen und Dosieren voraus.
Wenn kein konvexer Meniskus, also keine fokussierende Linse gewünscht ist, sondern eine lichtzerstreuende Wirkung erreicht werden soll, so kann durch das Einfüllen einer Menge an flüssiger Masse, die kleiner als das Volumen des Hohlkörpers ist und die die Innenfläche des Hohlkörpers benetzt, auch ein konvexer Meniskus gebildet werden. Auch hier bestimmt die Dosis der eingefüllten Masse die Brennweite.
Als eine Ausführungsvariante schlägt die Erfindung vor, verschiedene flüssige Massen schichtweise in den Hohlkörper einzufüllen, wobei jede Schicht einen anderen Brechungsindex hat. Dabei kann durch die jeweilige Füllmenge für jede Schicht auch der obere Krümmungsradius dieser Schicht variiert werden und damit die Brennweite der auf diese Weise entstandenen optischen Linse beeinflusst werden. Abhängig davon, ob die flüssige Masse die Innenfläche des Hohlzylinders benetzt oder von ihr abgestoßen wird, entsteht eine konvexe oder konkave Oberfläche der Linse. Dadurch kann gewählt werden, ob die Linse fokussierend oder zerstreuend wirkt. Nach diesem Prinzip lässt sich mit relativ geringen Kosten und in kurzer Arbeitszeit ein Mehrlinsensystem aufbauen.
Nach dem erfindungsgemäßen Prinzip aufgebaute LED's zeichnen sich durch Robustheit, relativ hohe Lichtdichte und vor allem durch einen relativ sehr geringen Gesamtpreis aus. Die Silikonschicht schützt die empfindlichen Halbleiterchips vor aggressiven Umwelteinflüssen. Deshalb ist es ein interessantes Anwendungsbeispiel, sie in der Dentaltechnik einzusetzen. Hier sei vor allem die Anwendung in Bohr- und Fräswerkzeugen erwähnt, z.B. der Einbau im Winkelstück eines zahnärztlichen Bohrers, so dass die eingebaute, erfindungsgemäße LED während der Arbeit des Zahnarztes den zu bearbeitenden Zahn gut ausleuchtet.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von zwei Beispielen näher erläutert werden. Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigen in schematischer Darstellung:

1 Schnitt durch ein-Lichtleitsystem nur mit einem Hohlzylinder als Hohlkörper und
2 Schnitt wie 1, jedoch mit einer transparenten, eine Linse bildende Masse.

In 1 ist ein Lichtleitsystem im Schnitt gezeichnet. In diesem Ausführungsbeispiel soll der Hohlkörper 3 ein Hohlzylinder 3 mit kreisförmigem Querschnitt sein. Da er längs zu seiner Symmetrieachse 32 geschnitten ist, sind im Schnitt nur die beiden streifenförmigen Schnitte durch die Wandung des Hohlzylinders 3 zu sehen. Der Übersichtlichkeit halber wird in der Bildbeschreibung auch der Hohlzylinder 3 mit dem Bezugszeichen 3 versehen.
Die obere Kante des Hohlzylinders 3 bildet die Lichtöffnung 34, durch die die Lichtstrahlen direkt hindurch treten. Diese Kante ist in diesem Ausführungsbeispiel „angeschrägt“, um die dort reflektierten Lichtstrahlen weiter zu bündeln, was im Folgenden nochmals erläutert wird.
Die untere Kante des Hohlzylinders 3 bildet dessen Befestigungsöffnung 33, mit der er auf dem Chipträger 2 aufliegt. Der plattenförmige Chipträger 2 ist in 1 im Schnitt zu sehen, die beiden großen Flächen des Chipträgers 2 verlaufen senkrecht zur Zeichenebene. Auf der oberen Seite des Chipträgers 2 ist der Chip 1 angeordnet, der an seiner Oberseite Licht emittiert und mit seiner Unterseite auf dem Chipträger 2 befestigt und mit einem Pol elektrisch kontaktiert ist.
An der Unterseite des Chipträgers 2 sind die beiden elektrischen Kontakte 21 des Chipträgers 2 angeordnet, von denen einer über den in 1 sichtbaren Anschlussdraht mit der Oberseite des lichtemittierenden Chips 1 verbunden ist. Der andere Kontakt 21 ist mit der Unterseite des Chips 1 verbunden.
Wenn eine Gleichspannung zwischen an die beiden Kontakte 21 angelegt wird, wird sie über den Chipträger und den Anschlussdraht auf die Unterseite und die Oberseite des Chips übertragen, der daraufhin Lichtstrahlen emittiert. Von diesen Lichtstrahlen sind in 1 der Übersichtlichkeit halber nur die von der rechten Hälfte des Chips 1 ausgesandten Strahlen mit Strich-Punkt-Strich-Linien gezeichnet.
In 1 sind die direkt ausgehenden Lichtstrahlen durch dicke Linien gekennzeichnet. Sofort zu erkennen ist, wie der Hohlzylinder 3 für eine Reduzierung des Austrittwinkels der Lichtstrahlen sorgt, indem er die mit dünner Linie gekennzeichneten Lichtstrahlen nicht durch lässt.
1 zeigt aber auch, wie die Lichtstrahlen, die nicht direkt durchgelassen werden - und deshalb dünn gekennzeichnet sind - an den Innenflächen des Hohlzylinders 3 reflektiert werden. Besonders interessant ist der obere Bereich der Innenfläche 31, der kegelförmig ausgearbeitet ist. Auf diesen Bereich treffen einige Lichtstrahlen, die dort zum ersten Mal reflektiert werden. In 1 ist gut nachvollziehbar, wie diese Lichtstrahlen gegenüber ihrer ursprünglichen Richtung deutlich zur Mitte hin abgelenkt werden. Sie tragen damit zu einer vermehrten Konzentration des abgestrahlten Lichtes in der Mitte bei.
Auf den kegelstumpfförmig abgeschrägten Bereich des Hohlzylinders 3 treffen aber auch Lichtstrahlen auf, die bereits einmal reflektiert worden sind. Sie werden hier ein zweites Mal reflektiert. In 1 ist sehr gut zu erkennen, dass ihre Ausrichtung durch diese zweite Reflektion deutlich näher an die Symmetrieachse 32 des Hohlzylinders 3 heran geschoben ist. Auf diese Weise werden also auch weitere Teilmengen der vom Chip 1 ausgestrahlten Lichtmenge aufgabengemäß von ihrer ursprünglichen Abstrahlrichtung weg und mehr in die Mitte hin gelenkt. Der Randbereich ist nicht vollkommen abgedunkelt, aber ein großer Teil der gesamten Lichtmenge ist zur Mitte hin abgelenkt.
In 2 ist der Hohlzylinder 3 ebenfalls entlang seiner Symmetrieachse 32 geschnitten dargestellt, so dass die Seitenwand des Hohlzylinders 3 einmal an der rechten und zum zweiten Mal an der linken Seite zu sehen ist. Der Raum zwischen den Wänden des Hohlzylinders 3 ist mit der transparenten Masse 4 gefüllt. Damit der Strahlengang im Lichtleitsystem gezeigt werden kann, ist in 1 die Masse 4 nur an ihrem Rand durch eine Schraffur gekennzeichnet.
Im oberen Teil der 2 ist auf den ersten Blick zu erkennen, dass der Hohlraum im Hohlzylinder 3 durch eine deutlich größere Menge der Masse 4 befüllt ist, als es von einer auf den Kanten aufliegenden Ebene geometrisch vorgegeben ist. Die über diesen Rand hinaustretende Masse 4 wird durch ihre Oberflächenspannung zusammengehalten und bildet einen konvex verlaufenden Meniskus, der als Linse 41 wirkt.
In 2 werden die Lichtstrahlen durch Strich-Punkt-Strich-Linien dargestellt. Sehr gut nachzuvollziehen ist, dass sie an dem Übergang von der Masse 4, dem optisch dichteren Medium, in das optisch weniger dichte Medium, die umgebende Luft, gebrochen werden. Gegenüber einer zur durchkreuzten Oberfläche senkrechten Linie ist im optisch dichteren Medium der Winkel stets kleiner als im optisch weniger dichten Medium. Dadurch ergibt sich, dass alle Lichtstrahlen, die vom Chip 1 direkt auf die Linse 41 abgestrahlt werden, in Richtung auf die Symmetrieachse 32 abgewinkelt werden.
In 2 ist deutlich zu sehen, wie mit zunehmendem radialen Abstand von der Symmetrieachse 32 die an der Oberfläche der Linse 41 verlaufenden Lichtstrahlen immer stärker abgewinkelt werden, so dass sich insgesamt eine deutliche Bündelung der Lichtstrahlen ergibt.
2 zeigt auch, dass die Lichtstrahlen, die nicht direkt auf die Linse 41 auftreffen, nicht ungenutzt bleiben. Vielmehr werden sie an der Innenfläche 31 des Hohlzylinders 3 reflektiert und treten so ebenfalls durch die Linse 41 hindurch aus.
Die Lichtstrahlen, die in der Lichtöffnung 34 an der abgeschrägten Kante des Hohlzylinders 3 reflektiert werden, strahlen zur Linse hin ab und werden dort gebrochen. Insgesamt werden sie durch Reflektion und durch Brechung in ihrer Richtung im Vergleich zur ursprünglichen Ausrichtung näher an die Mittelachse heran gerückt und tragen so dazu bei, die ausgestrahlte Lichtmenge mehr in der Mitte zu konzentrieren.
Ein geringer Teil der Lichtstrahlen wird an der Innenfläche 31 des Hohlzylinders reflektiert und an der Oberfläche des Meniskus abgewinkelt. Gemäß einer Variante der Aufgabenstellung wird dieser Teil der Lichtmenge von der Symmetrieachse 32 hinweg gelenkt, so dass er sich „breit verteilt.“
Damit werden die nicht direkt in die Linse 41 eintretenden Lichtstrahlen dafür eingesetzt, dass auch in die Umgebung des mit dem Kernbereich der Lichtstrahlen hell ausgeleuchteten Kegels noch Umgebungslicht fällt, so dass der Übergang zwischen dem Lichtkegel und der Umgebung nicht abrupt sondern fließend ist.
In 2 ist nachvollziehbar, dass durch die mehrfache Reflektion an jeder Reflektionsstelle ein Teil des Lichtes verloren geht, so dass die ganz in die Breite gehenden Lichtstrahlen abgeschwächt sind, wodurch der aufgabengemäße Gegensatz zwischen einem hellen Bereich in der Symmetrieachse gegenüber einem schwach ausgeleuchteten Bereich am Rand des hellen Lichtkegels verstärkt wird.
Aus 2 ist als eine weitere, interessante Variante ableitbar, dass die Innenfläche 31 des Hohlkörpers 3 als ein Paraboloid gestaltet ist, dessen Befestigungsöffnung 33 recht nahe an den Chip 1 heranreicht und auf dessen Lichtöffnung 34 eine Linse 41 aufgesetzt ist, die aus der transparenten oder transluzenten Masse 4 besteht.
Wenn dieser Paraboloid so geformt ist, dass er die auf seine Innenfläche 31 auftretenden Lichtstrahlen so weit bündelt, dass sie alle durch die Lichtöffnung 34 austreten, aber nicht parallel zueinander verlaufen, so können sie durch die von der Oberfläche der Masse 4 gebildete Linse 41 weiter gebündelt werden, so dass sie mehrheitlich parallel verlaufen oder sogar in einem Brennpunkt oder zumindest in einer Brennlinie zusammen laufen
Bezugszeichenliste

1: Chip, emittiert Licht
2: Chipträger, trägt den Chip (1)
21: Kontakte des Chipträgers 2
3: Hohlkörper, mit Befestigungsöffnung (33) auf Chipträger (2) befestigt
31: Innenfläche des Hohlkörpers (3)
32: Symmetrieachse des Hohlkörpers (3)
33: Befestigungsöffnung des Hohlkörpers (3)
34: Lichtöffnung des Hohlkörpers (3)
4: Masse, transparent, füllt Hohlkörper (3) aus
41: Linse an der Lichtöffnung (34) des Hohlkörpers (3)

Claims

Lichtleitsystem mit einer LED, bestehend aus einem halbleitenden Chip (1), - der bei Kontakt mit einer Gleichspannung Licht emittiert, - der mechanisch und elektrisch mit einem plattenförmigen Chipträger (2) verbunden ist, der zwei elektrische Kontakte (21) aufweist, - auf dem Chipträger (2) ein Hohlkörper (3) befestigt ist, - dessen Innenfläche (31) Licht reflektiert und - der zwei Öffnungen (33, 34) aufweist, - von denen die erste, die Befestigungsöffnung (33), den Chip (1) umgibt und - durch die zweite, die Lichtöffnung, Licht (34) mit einem Ausstrahlungswinkel austritt, der kleiner als der Ausstrahlungswinkel der LED ist, und - der Hohlkörper (3) annähernd rotationssymmetrisch ist, - die Innenfläche (31) des Hohlkörpers (3) mit einer transluzenten, eingefärbten Schicht bedeckt ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) mit einer transparenten oder zumindest transluzenten Masse (4) befüllt ist, - durch die er mit dem Chipträger (2) mechanisch verbunden ist und - die am offenen Ende des Hohlkörpers (3) eine optisch wirkende Linse (41) bildet, die konkav oder konvex geformt ist und dass das Lichtleisystem mit einer Lackschicht überzogen ist, die auf einer konvexen Linse (41) eine zweite, ebenfalls optisch wirkende Linse bildet.
Lichtleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse (32) des Hohlkörpers (3) etwa senkrecht zur Oberfläche des Chipträgers (2) ausgerichtet ist.
Lichtleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (4) einen Brechungsindex von wenigstens 1,1 bis hin zu 2,5 aufweist.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (4) - eine hohe Wärmekapazität und/oder - eine hohe Wärmeleitfähigkeit und/oder - einen hohen elektrischen Widerstand und/oder - eine hohe Beständigkeit gegen UV-Strahlen, hohe Temperaturen und Alterung aufweist und/oder - eingefärbt transluzent ist.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (4) flüssig ist und in den Hohlkörper (3) nach dem Eingießen darin aushärtbar ist.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (4) eine vernetzbare Flüssigkeit ist, auf der Basis - eines Silikonkautschuks oder - eines Epoxydharzes oder - eines Polyurethans oder - eines MS-Polymers.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (31) des Hohlkörpers (3) poliert und/oder verspiegelt ist.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) ein Hohlzylinder in Form eines dünnwandigen Rohres ist.
Lichtleitsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr an seiner Lichtöffnung (34) eine Kante mit einem sehr kleinen Krümmungsradius aufweist.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche (31) - ein Kegelstumpf ist oder - das Segment eines Paraboloids ist, das einen Brennpunkt auf der Oberfläche des Chips (1) aufweist.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipträger (2) einen Absatz oder andere erhabene Abschnitte oder erhabene Ausformungen aufweist, die zur Zentrierung der Befestigungsöffnung (33) des Hohlkörpers (3) auf dem Chipträger (2) dienen.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (3) an der Befestigungsöffnung (33) Ausformungen aufweist, - die in dazu etwa komplementäre Öffnungen im Chipträger (2) eingreifen oder - die über wenigstens zwei gegenüberliegende Kanten des Chipträgers (2) hinweg greifen.
Lichtleitsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Masse (4) aus mehreren Schichten mit jeweils unterschiedlichem Brechungsindex und/oder einer Einfärbung besteht.
Lichtleitsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Hohlkörper (3) ein transluzenter oder transparenter Körper befindet.
Verfahren zur Herstellung eines Lichtleitsystems nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass - im ersten Schritt der Hohlkörper (3) mit seiner Befestigungsöffnung (33) auf dem Chipträger (2) so positioniert wird, dass er den Chip (1) umgibt und - im zweiten Schritt in den nach oben weisenden Hohlkörper (3) die Masse (4) in flüssigem Zustand eingefüllt wird, - im dritten Schritt die Masse (4) aushärtet und - im vierten Schritt das Lichtleitsystem mit nach unten weisender Linse (41) in einen transparenten oder zumindest transluzenten Lack eingetaucht wird und wieder herausgehoben wird, so dass sich auf der Linse (41) eine Schicht bildet, die in der Mitte der Linse (41) stärker ist als am Rande.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer konvexen Linse (41) - die eingefüllte Menge der Masse (4) größer als das Volumen des Hohlkörpers (3) ist, und - die Geschwindigkeit des Einfüllens maximal nur so hoch ist, dass die über den Hohlkörper (3) hinaustretende Restmenge der Masse (4) noch durch ihre Kohäsionskraft zusammen gehalten wird und einen konvexen Meniskus bildet.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer konkaven Linse (41) - die eingefüllte Menge der Masse (4) kleiner als das Volumen des Hohlkörpers (3) ist, und - die Masse (4) die Innenfläche (31) des Hohlkörpers (3) benetzt und dadurch einen konvexen Meniskus bildet.
Verfahren nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Linse (41) durch die Dosierung der eingefüllten Menge der Masse (4) bestimmt wird.
Anwendung eines Lichtleitsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Gerät der Dentaltechnik eingebaut ist.