EP2070117A1 - Optisches element für eine leuchtdiode, leuchtdiode, led-anordnung und verfahren zur herstellung einer led-anordnung - Google Patents

Optisches element für eine leuchtdiode, leuchtdiode, led-anordnung und verfahren zur herstellung einer led-anordnung

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EP2070117A1
EP2070117A1 EP07801344A EP07801344A EP2070117A1 EP 2070117 A1 EP2070117 A1 EP 2070117A1 EP 07801344 A EP07801344 A EP 07801344A EP 07801344 A EP07801344 A EP 07801344A EP 2070117 A1 EP2070117 A1 EP 2070117A1
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EP
European Patent Office
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light
optical element
emitting diode
led
radiation exit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07801344A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Monika Rose
Sven Weber-Rabsilber
Alexander Wilm
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Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
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Filing date
Publication date
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    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • the invention relates to an optical element for a light-emitting diode (LED), a light-emitting diode having an optical element, an LED array having a plurality of light emitting diodes and a method for producing an LED array.
  • LED light-emitting diode
  • LEDs are currently used with adapted to the specific situation optics. Thus, a new look is needed for each new lighting application.
  • an optical element for a light-emitting diode is provided, wherein the radiation exit surface is suitable for generating a radiation characteristic which breaks through a rotational symmetry.
  • Such an optical element is particularly suitable for light emitting diodes, which are arranged in a LED array on a support, wherein the LED array is given a radiation characteristic.
  • a light emitting diode in one embodiment has a radiation exit side and an optical exit. Element, wherein the optical element is arranged and formed such that the light emitting diode has a radiation characteristic with open rotational symmetry.
  • an LED arrangement has a plurality of light-emitting diodes arranged on a carrier, the light-emitting diodes each being assigned its own optical element, which is arranged and configured in such a way that an emission characteristic of the respective light-emitting diode is formed with open-ended symmetry, and the optical elements are similar, in particular, the same, are executed.
  • An emission characteristic with open symmetry is understood in particular to be an emission characteristic which, in relation to an optical axis of the optical element, differs specifically from a rotationally symmetrical emission characteristic.
  • an optic with non-radially symmetric radiation characteristic is needed.
  • a rotated arrangement of single or multiple LEDs including the optics by angles between 0 ° and 90 °, preferably greater than 0 ° and less than 90 °, it is possible to realize different light distributions of an LED arrangement on the carrier.
  • the resulting light distribution results from a combination of the light distributions of the individual LEDs.
  • the angle of rotation between the individual LEDs including the optics can be the same or different.
  • the optical element can be embodied, for example, as a lens, reflector, or as a combination of lens and reflector.
  • a predetermined emission characteristic could also be achieved by special development of an optical element for the respective illumination situation (for example, lens, reflector), a variation of the emission characteristic can also be achieved in a simple manner - A -
  • the design of the carrier can be used to influence the light distribution.
  • a mirror element or a plurality of mirror elements may be attached to the carrier or formed in the carrier.
  • the carrier can be designed to be flexible, so that the emission characteristic of the LED arrangement can be varied by a corresponding bending of the carrier.
  • an optical element or for a light-emitting diode can be used for at least one optical element or for at least one light-emitting diode of the LED arrangement, preferably for all optical elements or all light-emitting diodes of the LED arrangement.
  • the adaptation of the LED array is simplified to the predetermined emission characteristics.
  • the radiation exit surface of the optical element is elongated in a preferred embodiment in plan view.
  • the ratio of a longitudinal extent (a) of the radiation exit surface (40) of the optical element (4) to a transverse extent (b) of the radiation exit surface (40) in plan view of the radiation exit surface is 1.5: 1 or greater, preferably 2: 1 or greater , more preferably 3: 1 or greater, most preferably 4: 1 or greater.
  • the radiation exit surface of the optical element has at least two excellent axes in plan view of the radiation exit surface.
  • the excellent axes can be perpendicular to each other.
  • the radiation exit surface is preferably curved in each case.
  • the radiation exit surface can thus be mirror-symmetrical to the excellent axes.
  • the optical element in particular the radiation exit surface, is shaped ellipse-like in plan view of the radiation exit surface. In this way, a rotation-symmetry-free radiation characteristic of the optical element can be achieved in a simplified manner.
  • the optical element preferably contains a plastic, in particular a plastic from the group consisting of thermoplastic, thermoset and silicone.
  • the optical element may contain a resin, in particular a resin from the group consisting of epoxy resin, acrylic resin and silicone resin.
  • a resin from the group consisting of epoxy resin, acrylic resin and silicone resin.
  • the optical element is furthermore preferably embodied such that it can be fastened to a light-emitting diode by means of an integral connection, for example an adhesive connection.
  • the optical element can be provided for a mechanical connection to a light-emitting diode, for instance by means of a plug-in or latching connection, and can have corresponding fastening means.
  • the optical element be designed as an attachment optics, such as an attachment lens.
  • the light-emitting diode is specifically designed with a radiation characteristic which breaks through the rotational symmetry.
  • An optical element having at least one of the described features is particularly suitable for this purpose.
  • the optical elements of the individual LEDs are preferably oblong in plan view of their radiation exit side for a rotationally symmetrical emission characteristic.
  • the light-emitting diode expediently has at least one LED chip for generating radiation.
  • the LED chip can have an active region which is provided for generating radiation.
  • the active region contains a III-V compound semiconductor.
  • III-V compound semiconductors are characterized in particular by a high achievable internal quantum efficiency. Radiation generated in operation in the light-emitting diode, in particular in the LED chip, expediently emerges from the radiation exit side of the light-emitting diode through the radiation exit surface of the optical element.
  • the light-emitting diode comprises an LED component, wherein the LED component has the LED chip and a housing.
  • the LED chip is preferably arranged in the housing.
  • the optical element is formed by means of a part of the housing which is designed to be reflective for the radiation generated in the LED chip.
  • the LED chip can be arranged in a cavity of the housing, wherein a wall of the cavity forms a reflector.
  • the optical element can be formed by means of a prefabricated optical element, for example an attachment lens, attached to the LED component, in particular to the housing.
  • the LED component is designed as a surface-mountable component (SMD, surface mounted device).
  • SMD surface-mountable component
  • the carrier of the LED arrangement is a connection carrier with a plurality of connection conductors, wherein the light-emitting diodes are electrically conductively connected to the connection conductors.
  • the connection carrier can be rigid or flexible.
  • the connection carrier may be, for example, a printed circuit board.
  • the printed circuit board can be designed as a metal core printed circuit board (MCPCB).
  • the optical elements of the light-emitting diodes of the LED arrangement preferably have identically shaped, in particular identical, radiation exit surfaces.
  • the carrier can thus be equipped with a plurality of the same or the same light-emitting diodes, which simplifies the production of the LED array.
  • the light-emitting diodes may be arranged on the carrier in the manner of a grid point, for example in the form of a matrix or in the form of a honeycomb pattern.
  • a longitudinal extension direction of the optical element of a light emitting diode or of a plurality of light emitting diodes extends obliquely to an edge of the carrier.
  • a uniform emission of the LED arrangement, in particular in corner regions of the carrier is achieved in a simplified manner.
  • An undesirable decrease in the emitted radiation power toward the carrier edge ' , in particular in corner regions of the carrier, can thus be avoided or at least reduced in a simple manner.
  • the carrier twisted to each other, in particular by an angle of greater than 0 ° and less than or equal to 90 °, arranged.
  • the emission characteristic of the LED arrangement can be adapted in a simple manner to a predetermined emission characteristic.
  • the LED arrangement comprises optical elements which are arranged parallel to one another and optical elements which are arranged obliquely to one another.
  • the LED arrangement may comprise a plurality of groups of optical elements, wherein the optical elements of a group are respectively arranged parallel to one another and wherein the longitudinal extension directions of different groups are arranged twisted relative to one another.
  • the light-emitting diodes are preferably arranged such that the emission characteristics of the light-emitting diodes overlap to a predetermined emission characteristic of the LED arrangement.
  • the predetermined emission characteristic of the LED arrangement can be formed by rotation of light-emitting diodes relative to each other. Alone the rotation of the LEDs to each other may be sufficient for this purpose.
  • the positions of the LEDs ⁇ on the carrier can thus be maintained unchanged or substantially unchanged.
  • the orientation of the optical element for example with respect to the longitudinal extension direction of the radiation exit surface, in addition to the center of gravity position of the light emitting diode another. Degree of freedom that is available in the manufacture of the LED array for influencing the emission characteristics of the LED array.
  • the LED arrangement has an axis of symmetry, particularly preferably two axes of symmetry.
  • the LEDs can be arranged symmetrically, in particular axially symmetrically.
  • a predetermined symmetrical radiation characteristic of the LED arrangement can be achieved in a simplified manner.
  • the light-emitting diodes can be arranged symmetrically relative to one another in the corner regions of the carrier, wherein the light-emitting diodes can be rotated in relation to the light-emitting diodes in the interior region of the carrier.
  • the light-emitting diodes can also be arranged differently from a symmetrical arrangement.
  • a desired emission characteristic is prescribed for the LED arrangement.
  • a plurality of light-emitting diodes with a similar emission characteristic is provided, the emission characteristic of the light-emitting diodes each having an open rotational symmetry.
  • a suitable number and a suitable arrangement of the light-emitting diodes is determined for the desired emission characteristic.
  • the previously determined suitable number of light emitting diodes is arranged in the previously determined arrangement on a support for the LED array and the LED Arrangement with the desired emission characteristic is completed.
  • an LED array having a predetermined emission characteristic can be produced in a simplified manner.
  • the desired emission characteristic can be set or at least approximated relative to one another by rotation of the light-emitting diodes relative to the carrier and in particular also relative to one another.
  • An elaborate design and implementation of an application-specific optic for the plurality of light-emitting diodes, each dependent on the given emission characteristic, can be dispensed with.
  • the method described is particularly suitable for the production of a described LED arrangement, so that features described in connection with the LED arrangement can also be used for the method and vice versa.
  • FIGS. 1A to 1C show a first exemplary embodiment of an LED arrangement on the basis of a schematic oblique view in FIG. 1A, a schematic plan view in FIG. 1B and a schematic detail sectional view in FIG.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an LED arrangement on the basis of a schematic plan view
  • Figure 3 shows a third embodiment of an LED arrangement based on a schematic plan view
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of an LED arrangement on the basis of a schematic plan view.
  • the first exemplary embodiment of an LED arrangement 1 shown schematically in FIGS. 1A to C comprises a carrier 2.
  • the carrier 2 may be rigid or flexible and is also preferably designed as a connection carrier, for example as a printed circuit board, preferably as a printed circuit board (PCB). Furthermore, the connection carrier can be designed as a metal-core printed circuit board.
  • the light-emitting diodes 3 are expediently designed as surface-mountable components and electrically connected to the connection carrier with connection conductors, for example by. Gluing or soldering. The assembly of the LEDs is simplified. Reflecting or reflecting elements can furthermore be formed in the carrier 2 or on the carrier, by means of which the emission characteristic of the LED arrangement can be further influenced (not explicitly shown).
  • the emission characteristic of the LED arrangement 1, in particular in the case of a flexible carrier 2 is adjustable by the curvature of the carrier 2.
  • the LED arrangement preferably comprises light-emitting diodes for generating mixed-color, in particular white-white, appearing white to the human eye.
  • Light for example, in three basic colors such as red, green and blue.
  • the light-emitting diodes 3 each comprise a similar optical element 4 and an LED component 5.
  • the optical element 4 is designed as a separately prefabricated optical element, in particular as a lens, which is fastened to the LED component 5.
  • the optical element may also be designed as a reflector which is integrated in the LED component or as a combination of such a reflector with a lens (not shown).
  • the respective optical element 4 has a radiation exit surface 40.
  • the optical element 4 can be viewed from outside the element with a, preferably continuous, convexly curved radiation exit surface 40.
  • the optical element has a first excellent axis 45 and a second excellent axis 46.
  • the radiation exit surface in Cut along these excellent axes each be curved.
  • the optical element 4 is embodied such that the light-emitting diodes 3 each have a non-rotationally symmetrical emission characteristic.
  • the emission characteristic can be determined, for example, by the dependence of the intensity of the radiation emerging from the light-emitting diode from the angle to the optical axis.
  • the optical axis 7 preferably extends through an LED chip 6 of the respective light-emitting diode 3. Particularly preferably, the optical axis 7 extends through a central region of the radiation exit surface 40.
  • the optical axis can be perpendicular to the surface of the LED chip 6 facing the optical element 4 and preferably perpendicular to the radiation exit surface 40.
  • the respective optical element 4 is elongated, for example with an elliptical in plan view,
  • the long major axis a may be 1.5 times as long or longer, preferably twice as long or longer, more preferably three times as long or longer, most preferably four times as long or longer, than the short major axis b of the ellipse.
  • an optical element 4 can be formed by beam shaping by refraction of the radiation generated in the LED chip 6 a rotationally symmetrical to the optical axis 7 radiation characteristic.
  • the LED chip expediently has an active region for generating radiation.
  • the LED chip, in particular the active region contains an III-V semiconductor material.
  • III-V Semiconductor materials are for generating radiation in the ultraviolet (In x Ga y Ali_ x _ y N) through the visible (In x GCL y Ali- ⁇ -y N, in particular for blue to green radiation, or In x Ga y Al x - y P , in particular for yellow to red radiation) to the infrared (In x Ga y Al x . x .
  • y As spectral range is particularly suitable.
  • III-V semiconductor materials in particular from the said material systems, can be achieved in the generation of radiation advantageously high internal quantum efficiencies.
  • the optical element preferably contains a plastic, in particular a plastic from the. Group consisting of thermoplastic, thermoset and silicone.
  • the optical element may contain a resin, in particular a resin from the group consisting of epoxy resin, acrylic resin and silicone resin.
  • an oblong, in particular ellipsoidal, illumination intensity distribution can result on a surface running parallel to the support 2, if the surface is illuminated by means of a single light-emitting diode 3.
  • the emission characteristic of the light-emitting diode can be axially symmetrical with respect to the optical axis despite the aperture of the rotational symmetry.
  • the illumination intensity distribution of the individual light-emitting diode on the surface to be illuminated then shows no islands of increased radiation power at a distance from the optical axis.
  • optical elements 4 are partially or all with the.
  • Longitudinal direction of extension (for example, the long main axis a) obliquely, ie arranged at an angle different from 0 ° and in particular from 90 ° to an edge 20 of the carrier 2, so predetermined radiation characteristics for the LED arrays and thus a predetermined illumination intensity distribution on a surface to be illuminated can be achieved in a simplified manner.
  • the individual optical elements 4 are mutually rotated on the, in particular planar, carrier 2 is arranged.
  • the direction of rotation is preferably azimuthal to the optical axis 7.
  • the light-emitting diodes 3 are arranged in a polygon, in particular a rectangle, grouped.
  • the LEDs 3 are arranged like a matrix. Deviating from this, another, preferably regular, arrangement, for example according to a honeycomb pattern, may be expedient.
  • the optical elements 4 of the corner LEDs are rotated with their longitudinal extension direction in each case relative to that of the optical element 4 of an adjacent light-emitting diode (cf., for example, the intermediate angle 8).
  • the inner optical elements 4 are aligned parallel in the longitudinal direction and in particular parallel to the carrier edge 20.
  • Diagonally opposed optical elements are arranged with a parallel longitudinal direction. An edge-side drop in illuminance distribution on the area to be illuminated by the LED arrangement 1 can thus be reduced. A homogeneous illumination of the surface is thus simplified.
  • Figure IC shows a detailed view of the lighting arrangement shown in Figures IA and IB in a schematic sectional view, with only one on. the light emitting diode 3 arranged on the carrier 2 is shown.
  • the light-emitting diode 3 comprises an LED component 5, which has a housing 55.
  • the LED chip 6 is arranged in a cavity 56 of the housing 55.
  • a wall 57 of the cavity 56 forms a reflector.
  • the wall is designed to be reflective for radiation generated in the LED chip. If necessary, the wall can be provided with a coating to increase the reflection. Radiation generated in the LED chip can be reflected on the wall 57 and directed in the direction of the radiation exit surface 40 of the optical element.
  • the reflector formed in the LED component 5 may be designed rotationally symmetrical to the optical axis.
  • a rotation-symmetry-free radiation characteristic can also be formed by the correspondingly shaped optical element 4.
  • the reflector can also be shaped in such a way that a radiation characteristic which breaks through the rotational symmetry results or at least is conveyed.
  • the reflector in plan view may have a deviating from a circular shape, approximately elliptical, basic shape.
  • An optic with a rotational symmetry By breaking the radiation pattern can therefore also be achieved by a reflector or by a combination of a reflector with a lens.
  • the LED component has a contact conductor 51 and a further contact conductor 52, which are each electrically conductively connected to a connection surface 21 or a further connection surface 22 on the carrier 2, for example via an electrically conductive connection means 59, for example a solder.
  • the contact conductors 51, 52 are electrically conductively connected to the LED chip, wherein the electrically conductive connection of the contact conductor 51 can be produced by means of a bonding wire 53.
  • the LED chip may be embedded in a potting 56 6 and optionally the bonding wire 53rd
  • the optical element 4 is fastened to the LED component 5, in particular to the housing 55, by means of an adhesive layer 9.
  • the optical element may also be designed for a mechanical 'connection, such as a plug-in, latching or snap connection.
  • the optical element may protrude beyond the LED component 5, in particular via the housing 55, at least in regions, in a deviation in the lateral direction.
  • a desired emission characteristic for the LED arrangement can be specified.
  • a plurality of LEDs 3 with similar emission characteristics can be provided, wherein the emission characteristic of the LEDs each having a broken rotational symmetry.
  • Radiation characteristic can be determined. For example, by increasing the number of light-emitting diodes, the total light emitted by the LED array radiation power can • be increased.
  • the previously determined appropriate number of LEDs in the previously determined arrangement can be arranged on a support 2 for the LED array and in particular fixed. In particular, by suitable alignment of the LEDs 3, ie by rotation of the LEDs 3 relative to each other or a support edge 20, the emission characteristic can be adjusted.
  • the light emitting diodes 3 can be fixed in the intended position and orientation, for example by means of soldering or gluing to the carrier 2.
  • LED assemblies manufactured and completed according to this method may be implemented as described in connection with FIGS. 1A to 1C and 2 to 4.
  • the described method makes it possible to produce LED arrays with a radiation adapted to a predetermined nominal emission characteristic in a simple manner.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of an LED arrangement.
  • This second embodiment substantially corresponds to the first embodiment described above.
  • the LEDs 3 are arranged like a matrix, wherein the optical Elements 4 of the Le ⁇ chtdioden 3 are arranged within a column with mutually parallel longitudinal directions of extension.
  • the longitudinal extension directions of the optical elements of light-emitting diodes in adjacent columns each run obliquely to one another.
  • the longitudinal directions. the light-emitting diodes in the middle column run parallel to a carrier edge 20 of the carrier 2.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of an LED arrangement.
  • This third embodiment corresponds essentially to the second embodiment described in connection with FIG.
  • all optical elements 4 are arranged obliquely to the support edge 20, wherein the
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of an LED arrangement.
  • This fourth embodiment substantially corresponds to the second embodiment described in connection with FIG.
  • the optical elements 4 are arranged in rows with mutually parallel longitudinal extension directions, wherein the longitudinal extension directions of adjacent rows are oblique to each other.
  • the Longitudinal directions of the outer rows are parallel to each other.
  • a different arrangement and / or orientation of the longitudinal extension directions of the optical elements 4 may be expedient for the light-emitting diodes.
  • a predetermined emission characteristic of the LED array 1 can be achieved in a simple manner.

Abstract

Es wird ein optisches Element (4) mit einer Strahlungsaustrittsfläche (40) für eine Leuchtdiode (3) angegeben, wobei das optische Element (4)geeignet ist, eine eine Rotationssymmetrie durchbrechende Abstrahlcharakteristik zu erzeugen. Weiterhin wird eine Leuchtdiode (3) mit einem solchen optischen Element sowie eine LED-Anordnung (1) mit einer Mehrzahl von auf einem Träger (2) angeordneten Leuchtdioden (3) angegeben, wobei den Leuchtdioden (3) jeweils ein eigenes optisches Element (4) zugeordnet ist, welches derart angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Leuchtdiode (3) mit durchbrochener Rotationssymmetrie geformt wird, und wobei die optischen Elemente (4) gleichartig ausgeführt sind.

Description

Beschreibung
Optisches Element für eine Letichtäiode , Leuchtdiode, LED- Anordnung und Verfahren zur Herstellung einer LED-Anordnung
Die Erfindung betrifft ein optisches Element für eine Leuchtdiode (LED) , eine Leuchtdiode mit einem optischen Element, eine LED-Anordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden und ein Verfahren zur Herstellung einer LED- Anordnung .
Für das Erzielen unterschiedlicher Lichtverteilungen werden derzeit LEDs mit auf die spezielle Situation angepassten Optiken verwendet. Somit wird für jede neue Beleuchtungsanwendung eine eigene Optik benötigt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein optisches Element für eine Leuchtdiode anzugeben, mit dem vereinfacht eine LED-Anordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden und einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung gebildet werden kann. Weiterhin soll eine Leuchtdiode mit einem derartigen optischen Element und. eine LED-Anordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden angegeben werden. Zudem soll ein Verfahren angegeben werden, das die Herstellung einer LED-Anordnung mit einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik vereinfacht .
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche . In einer Ausführungsform ist ein optisches Element für eine Leuchtdiode vorgesehen, wobei die Strahlungsaustrittsfläche geeignet ist, eine eine Rotationssymmetrie durchbrechende Abstrahlcharakteristik zu erzeugen. Ein derartiges optisches Element ist insbesondere für Leuchtdioden geeignet, die in einer LED-Anordnung auf einem Träger angeordnet sind, wobei der LED-Anordnung eine Abstrahlcharakteristik vorgegeben ist.
Eine Leuchtdiode weist in einer Ausführungsform eine Strahlungsaustrittsseite und ein optisches. Element auf, wobei das optische Element derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Leuchtdiode eine Abstrahlcharakteristik mit durchbrochener Rotationssymmetrie aufweist.
Eine LED-Anordnung weist in einer Ausführungsform eine Mehrzahl von auf einem Träger angeordneten Leuchtdioden auf, wobei den Leuchtdioden jeweils ein eigenes optisches Element zugeordnet ist, welches derart angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Leuchtdiode mit durchbrochener Symmetrie geformt wird, und wobei die optischen Elemente gleichartig, insbesondere, gleich, ausgeführt sind.
Unter einer Abstrahlcharakteristik mit durchbrochener Symmetrie, insbesondere RotationsSymmetrie, wird insbesondere eine Abstrahlcharakteristik verstanden, die, etwa bezogen auf eine optische Achse des optischen Elements, gezielt von einer rotationssymmetrischen Abstrahlcharakteristik abweicht .
Im Rahmen der Erfindung wird nur eine Optik mit nicht radialsymmetrischer Abstrahlcharakteristik benötigt. Durch eine gedrehte Anordnung einzelner oder mehrerer LEDs einschließlich der Optik um Winkel zwischen 0° und 90°, vorzugsweise von größer 0° und kleiner 90°, auf dem Träger ist es möglich, unterschiedliche Lichtverteilungen einer LED- Anordnung zu realisieren. Die resultierende Lichtverteilung ergibt sich hierbei aus einer Kombination der Lichtverteilungen der einzelnen LEDs . Dabei kann der Drehwinkel zwischen den einzelnen LEDs inklusive Optik gleich oder unterschiedlich sein.
Durch geeignete Drehung der mit optischem Element versehenen LEDs und insbesondere einer entsprechend verdrehten Montage auf dem Träger können unterschiedliche Beleuchtungsaufgaben gelöst werden, ohne für jede Situation die Optik neu anpassen zu müssen. Das optische Element kann beispielsweise als Linse, Reflektor, oder als Kombination aus Linse und Reflektor ausgeführt sein.
Insbesondere können mit LEDs, die mit gleichartigen optischen Elementen ausgestattet sind, durch verdrehte Anordnung zueinander verschiedenste Abstrahlcharakteristiken der LED- Anordnung ausgebildet werden. Der entscheidende Vorteil liegt also darin, dass für neue Lichtverteilungen nur die Rotation der LEDs angepasst werden muss und keine neue Optik konzipiert und gefertigt werden muss. Durch eine geeignete Überlagerung der jeweils von der Rotationssymmetrie abweichenden Abstrahlcharakteristik der Einzel-LEDs kann auf einfache und kostengünstige Weise eine der LED-Anordnung vorgegebene Abstrahlcharakteristik eingestellt werden.
Eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik könnte zwar auch durch spezielle Entwicklung eines optischen Elements für die jeweilige Beleuchtungssituation (beispielsweise Linse, Reflektor) erzielt werden, eine Variation der Abstrahlcharakteristik kann jedoch auch auf einfache Weise — A —
über die Anordnung der LEDs relativ zueinander auf dem Träger erreicht werden.
Auch die Ausgestaltung des Trägers kann zur Beeinflussung der Lichtverteilung herangezogen werden. Beispielsweise kann ein Spiegelelement oder eine Mehrzahl von Spiegelelementen am Träger befestigt oder im Träger ausgebildet sein. Weiterhin kann der Träger flexibel ausgebildet sein, so dass durch eine entsprechende Biegung des Trägers die Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung variiert werden kann.
Die nachfolgend für ein optisches Element beziehungsweise für eine Leuchtdiode beschriebenen Merkmale sind für zumindest ein optisches Element beziehungsweise für zumindest eine Leuchtdiode der LED-Anordnung, vorzugsweise für alle optischen Elemente beziehungsweise alle Leuchtdioden der LED- Anordnung anwendbar. Durch die Verwendung gleichartiger, insbesondere gleicher, optischer Elemente beziehungsweise Leuchtdioden wird die Anpassung der LED-Anordnung an die vorgegebene Abstrahlcharakteristik vereinfacht.
Die Strahlungsaustrittsfläche des optischen Elements ist in einer bevorzugten Ausgestaltung in Aufsicht länglich ausgebildet.
Insbesondere ist das Verhältnis einer Längsausdehnung (a) der Strahlungsaustrittsfläche (40) des optischen Elements (4) zu einer Querausdehnung (b) der Strahlungsaustrittsfläche (40) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 1,5:1 oder größer, bevorzugt 2:1 oder größer, besonders bevorzugt 3:1 oder größer, am meisten bevorzugt 4:1 oder größer. Je größer das Verhältnis zwischen Längsausdehnung und Querausdehnung ist, desto stärker kann die
Abstrahlcharakteristik von einer rotationssymmetrischen Form abweichen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Strahlungsaustrittsfläche des optischen Elements in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche zumindest zwei ausgezeichnete Achsen auf . Insbesondere können die ausgezeichneten Achsen zueinander senkrecht stehen.
In Schnittebenen, die jeweils von der optischen Achse und eine der ausgezeichneten Achsen aufgespannt werden, verläuft die Strahlungsaustrittsfläche vorzugsweise jeweils gekrümmt.
Weiterhin bevorzugt sind die ausgezeichneten Achsen Symmetrieachsen. Die Strahlungsaustrittsfläche kann also spiegelsymmetrisch zu den ausgezeichneten Achsen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das optische Element, insbesondere ist die Strahlungsaustrittsfläche, in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche ellipsenartig geformt. Auf diese Weise ist eine rotationssymmetriefreie Abstrahlcharakteristik des optischen Elements vereinfacht erzielbar.
Das optische Element enthält vorzugsweise einen Kunststoff, insbesondere einen Kunststoff aus der Gruppe bestehend aus Thermoplast, Duroplast und Silikon.
Alternativ oder ergänzend kann das optische Element ein Harz enthalten, insbesondere ein Harz aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharz, Acrylharz und Silikonharz. Ein derartiges optisches Element ist, beispielsweise im Vergleich zu einer Glaslinse, vereinfacht und kostengünstig herstellbar.
Das optische Element ist weiterhin bevorzugt derart ausgeführt, dass es mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, etwa einer Klebeverbindung, an einer Leuchtdiode befestigbar ist. Alternativ oder ergänzend kann das optische Element für eine mechanische Verbindung mit einer Leuchtdiode, etwa mittels einer Steck- oder Rastverbindung, vorgesehen sein und entsprechende Befestigungsmittel aufweisen. Insbesondere kann das optische Element. als eine Aufsatzoptik, etwa eine Aufsatzlinse, ausgeführt sein.
Die Leuchtdiode ist in einer bevorzugten Ausgestaltung gezielt mit einer die Rotationssymmetrie durchbrechenden Abstrahlcharakteristik ausgebildet. Ein optisches Element, das zumindest eines der beschriebenen Merkmale aufweist, ist hierfür besonders geeignet.
Insbesondere sind die optischen Elemente der Einzel-LEDs für eine rotationssymmetriefreie Abstrahlcharakteristik in Aufsicht auf ihre Strahlungsaustrittsseite bevorzugt länglich ausgebildet.
Weiterhin weist die Leuchtdiode zweckmäßigerweise zumindest einen LED-Chip zur Strahlungserzeugung auf. Der LED-Chip kann insbesondere einen aktiven Bereich aufweisen, der zur Strahlungserzeugung vorgesehen ist. Vorzugsweise enthält der aktive Bereich einen III-V-Verbindungshalbleiter. III-V- Verbindungshalbleiter zeichnen sich insbesondere durch eine hohe erzielbare interne Quanteneffizienz aus. In der Leuchtdiode, insbesondere im LED-Chip, im Betrieb erzeugte Strahlung tritt zweckmäßigerweise seitens der Strahlungsaustrittsseite der Leuchtdiode durch die Strahlungsaustrittsfläche des optischen Elements aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Leuchtdiode ein LED-Bauelement, wobei das LED-Bauelement den LED-Chip und ein Gehäuse aufweist. Der LED-Chip ist vorzugsweise in dem Gehäuse angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das optische Element mittels eines für die im LED-Chip erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildeten Teils des Gehäuses ausgebildet. Beispielsweise kann der LED-Chip in einer Kavität des Gehäuses angeordnet sein, wobei eine Wand der Kavität einen Reflektor bildet.
Alternativ oder ergänzend kann das optische Element mittels eines an dem LED-Bauelement, insbesondere an dem Gehäuse, befestigten, vorgefertigten optischen Element, etwa einer Aufsatzlinse, gebildet sein.
Besonders bevorzugt ist das LED-Bauelement als oberflächenmontierbares Bauelement (SMD, surface mounted device) ausgeführt. Ein derartig ausgeführtes Bauelement ist auf einfache Weise an einem Träger befestigbar. Während bei einem Bauelement in Through-Hole-Bauform bei Drehung des Bauteils relativ zum Träger zumindest die Position einer Aussparung im Träger geändert werden müsste, kann ein SMD- Bauelement auf einfache Weise relativ zum Träger gedreht werden. Der Träger der LED-Anordnung ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein Anschlussträger mit einer Mehrzahl von Anschlussleitern, wobei die Leuchtdioden mit den Anschlussleitern elektrisch leitend verbunden sind. Der Anschlussträger kann starr oder flexibel ausgeführt sein. Der Anschlussträger kann beispielsweise eine Leiterplatte sein. Weitergehend kann die Leiterplatte als Metallkern- Leiterplatte (MCPCB, metal core printed circuit board) ausgeführt sein.
Die optischen Elemente der Leuchtdioden der LED-Anordnung weisen vorzugsweise gleichartig geformte, insbesondere gleiche, Strahlungsaustrittsflächen auf. Der Träger kann also mit einer Vielzahl von gleichartigen oder gleichen Leuchtdioden bestückt werden, was die Herstellung der LED- Anordnung vereinfacht.
Die Leuchtdioden können gitterpunktartig, etwa in Form einer Matrix oder in Form eines Wabenmusters, auf dem Träger angeordnet sein.
In einer bevorzugten Weiterbildung verläuft eine Längserstreckungsrichtung des optischen Elements einer Leuchtdiode oder einer Mehrzahl von Leuchtdioden schräg zu einem Rand des Trägers . Eine gleichmäßige Abstrahlung der LED-Anordnung, insbesondere auch in Eckbereichen des Trägers, ist so vereinfacht erzielbar. Ein unerwünschtes Absinken der emittierten Strahlungsleistung zum Trägerrand' hin, insbesondere in Eckbereichen des Trägers, kann so auf einfache Weise vermieden oder zumindest vermindert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind' optische Elemente bezüglich deren Längserstreckungsrichtung in - S -
Aufsieht auf den Träger verdreht zueinander, insbesondere um einen Winkel von größer 0° und kleiner oder gleich 90°, angeordnet. Durch eine Drehung der optischen Elemente relativ zueinander kann die Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung auf einfache Weise an eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik angepasst werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die LED-Anordnung optische Elemente, die parallel zueinander angeordnet sind und optische Elemente, die schräg zueinander angeordnet sind. Beispielsweise kann die LED-Anordnung mehrere Gruppen von optischen Elementen aufweisen, wobei die optischen Elemente einer Gruppe jeweils parallel zueinander angeordnet sind und wobei die Längserstreckungsrichtungen unterschiedlicher Gruppen verdreht zueinander angeordnet sind.
Weiterhin bevorzugt sind die Leuchtdioden derart angeordnet, dass sich die Abstrahlcharakteristiken der Leuchtdioden zu einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung überlagern.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung kann die vorgegebene Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung durch Verdrehung von Leuchtdioden zueinander ausgebildet sein. Bereits allein die Verdrehung der Leuchtdioden zueinander kann hierfür ausreichend sein. Zum Ausbilden einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik können die Positionen der Leuchtdioden ■ auf dem Träger also unverändert oder im wesentlichen unverändert beibehalten werden. Mit anderen Worten stellt die Ausrichtung des optischen Elements, etwa bezogen auf die Längserstreckungsrichtung der Strahlungsaustrittsfläche, zusätzlich zur Schwerpunktsposition der Leuchtdiode einen weiteren . Freiheitsgrad dar, der bei der Herstellung der LED-Anordnung zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik der LED- Anordnung zur Verfügung steht.
In einer Ausgestaltungsvariante weist die LED-Anordnung eine Symmetrieachse, besonders bevorzugt zwei Symmetrieachsen auf. Bezüglich dieser Symmetrieachse beziehungsweise Symmetrieachsen können die Leuchtdioden symmetrisch, insbesondere achsensymmetrisch, angeordnet sind. Eine vorgegebene symmetrische Abstrahlcharakteristik der LED- Anordnung kann so vereinfacht erzielt werden. Beispielsweise können die Leuchtdioden in den Eckbereichen des Trägers zueinander symmetrisch angeordnet sein, wobei die Leuchtdioden gegenüber den Leuchtdioden im Innenbereich des Trägers verdreht sein können.
Die Leuchtdioden können, je nach vorgegebener Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung, auch von einer symmetrischen Anordnung abweichend angeordnet sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Ausbildung einer LED-Anordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden wird eine Soll-Abstrahlcharakteristik für die LED-Anordnung vorgegeben. Eine Vielzahl von Leuchtdioden mit gleichartiger Abstrahlcharakteristik wird bereitgestellt, wobei die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdioden jeweils eine durchbrochene Rotationssymmetrie aufweist. Eine geeignete Anzahl und eine geeignete Anordnung der Leuchtdioden wird für die Soll-Abstrahlcharakteristik ermittelt. Die zuvor ermittelte geeignete Anzahl an Leuchtdioden wird in der zuvor ermittelten Anordnung auf einem Träger für die LED-Anordnung angeordnet und die LED- Anordnung mit der Soll-Abstrahlcharakteristik wird fertig gestellt .
Auf diese Weise kann eine LED-Anordnung mit einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik vereinfacht hergestellt werden. Insbesondere kann die Soll-Abstrahlcharakteristik durch Drehung der Leuchtdioden relativ zum Träger und insbesondere auch relativ zueinander eingestellt oder zumindest angenähert werden. Auf eine aufwändig durchzuführende Konzeption und Umsetzung einer, jeweils von der vorgegebenen Abstrahlcharakteristik abhängenden, anwendungsspezifischen Optik für die Mehrzahl von Leuchtdioden kann verzichtet werden.
Das beschriebene Verfahren ist für die Herstellung einer beschriebenen LED-Anordnung besonders geeignet, so dass im Zusammenhang mit der LED-Anordnung beschriebene Merkmale auch für das Verfahren herangezogen werden können und umgekehrt.
Weitere Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen:
Die Figuren IA bis IC ein erstes Ausführungsbeispiel einer LED-Anordnung anhand einer schematischen Schrägaufsicht in Figur IA, einer schematischen Aufsicht in Figur IB und einer schematischen Detail-Schnittansicht in Figur IC, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer LED-Anordnung anhand einer schematischen Aufsicht,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer LED-Anordnung anhand einer schematischen Aufsicht, und
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer LED-Anordnung anhand einer schematischen Aufsicht.
Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellung und deshalb nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können kleine Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Das in den Figuren IA bis C schematisch dargestellte erste Ausführungsbeispiel für eine LED-Anordnung 1 umfasst einen Träger 2.
Auf dem Träger 2 sind eine Mehrzahl von Leuchtdioden 3, bevorzugt drei Leuchtdioden oder mehr, besonders bevorzugt sechs Leuchtdioden oder mehr (dargestellt sind beispielsweise neun Leuchtdioden) befestigt. Der Träger 2 kann starr oder flexibel sein und ist ferner vorzugsweise als Anschlussträger, beispielsweise als Leiterplatte, vorzugsweise als gedruckte Leiterplatte (PCB, printed circuit board) , ausgeführt. Weitergehend kann der Anschlussträger als Metallkern-Leiterplatte ausgeführt sein. Die Leuchtdioden 3 sind zweckmäßigerweise als oberflächenmontierbare Bauteile ausgebildet und auf dem Anschlussträger elektrisch leitend mit Anschlussleitern verbunden, beispielsweise durch. Kleben oder Löten. Die Montage der Leuchtdioden wird so vereinfacht. In dem Träger 2 oder auf dem Träger können weiterhin spiegelnde oder reflektierende Elemente ausgebildet sein, mittels derer die Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung weitergehend beeinflusst werden kann (nicht explizit dargestellt) .
Ferner ist die Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung 1, insbesondere im Falle eines flexiblen Trägers 2, durch Krümmung des Trägers 2 einstellbar.
Bevorzugt umfasst die LED-Anordnung Leuchtdioden für die Erzeugung mischfarbigen, insbesondere für das menschliche Auge weiß erscheinenden,. Lichts, beispielsweise in drei Grundfarben wie Rot, Grün und Blau.
Die Leuchtdioden 3 umfassen jeweils ein gleichartiges optisches Element 4 und ein LED-Bauelement 5. Das optische Element 4 ist als separat vorgefertigtes optisches Element, insbesondere als Linse, ausgeführt, das an dem LED-Bauelement 5 befestigt ist. Gegebenenfalls kann das optische Element auch als Reflektor, der in dem LED-Bauelement integriert ist, oder als Kombination aus einem derartigen Reflektor mit einer Linse ausgeführt sein (nicht dargestellt) . Das jeweilige optische Element 4 weist eine Strahlungsaustrittsfläche 40 auf .
Das optische Element 4 kann von außerhalb des Elements betrachtet mit einer, vorzugsweise durchgehend, konvex gekrümmten Strahlungsaustrittsfläche 40 ausgebildet sein.
Weiterhin weist das optische Element eine erste ausgezeichnete Achse 45 und eine zweite ausgezeichnete Achse 46 auf. Insbesondere kann die Strahlungsaustrittsfläche in Schnitten entlang diesen ausgezeichneten Achsen jeweils gekrümmt ausgeführt sein.
Das optische Element 4 ist derart ausgeführt, dass die Leuchtdioden 3 jeweils eine nicht rotationssymmetrisch verlaufende Abstrahlcharakteristik aufweisen.
Die Abstrahlcharakteristik kann beispielsweise durch die Abhängigkeit der Intensität der aus der Leuchtdiode tretenden Strahlung vom Winkel zur optischen Achse bestimmt sein. Die optische Achse 7 verläuft bevorzugt durch einen LED-Chip 6 der jeweiligen Leuchtdiode 3. Besonders bevorzugt verläuft die optische Achse 7 durch einen Zentralbereich der Strahlungsaustrittsfläche 40. Die optische Achse kann insbesondere senkrecht zu der dem optischen Element 4 zugewandten Oberfläche des LED-Chips 6 und vorzugsweise senkrecht zur Strahlungsaustrittsfläche 40 verlaufen.
Das jeweilige optische Element 4 ist länglich, beispielsweise mit einer in Aufsicht ellipsenförmigen,
Strahlungsaustrittsfläche 40 ausgeführt. Die lange Hauptachse a kann 1,5 -mal so lang oder länger, bevorzugt zweimal so lang oder länger, besonders bevorzugt dreimal so lang oder länger, am meisten bevorzugt viermal so lang oder länger, sein als die kurze Hauptachse b der Ellipse.
Über ein derartiges optisches Element 4 kann durch Strahlformung über Brechung der im LED-Chip 6 erzeugten Strahlung eine zur optischen Achse 7 rotationssymmetriefreie Abstrahlcharakteristik ausgebildet werden. Der LED-Chip weist zweckmäßigerweise einen aktiven Bereich zur Erzeugung von Strahlung auf. Weiterhin enthält der LED-Chip, insbesondere der aktive Bereich ein Ill-V-Halbleitermaterial . III-V- Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (Inx Gay Ali_x_y N) über den sichtbaren (Inx GcLy Ali-χ-y N, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder Inx Gay Ali-x-y P, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (Inx Gay Alx.x.y As) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils O ≤ x ≤ l, 0 ≤ y < 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0. Mit III-V-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung vorteilhaft hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.
Das optische Element enthält vorzugsweise einen Kunststoff, insbesondere einen Kunststoff aus der. Gruppe bestehend aus Thermoplast, Duroplast und Silikon.
Alternativ oder ergänzend kann das optische Element ein Harz enthalten, insbesondere ein Harz aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharz, Acrylharz und Silikonharz.
Auf einer parallel zum Träger 2 verlaufenden zu beleuchtenden Fläche, kann sich dementsprechend eine längliche, insbesondere ellipsoidartige, BeleuchtungsStärkeverteilung ergeben, falls die Fläche mittels einer einzelnen Leuchtdiode 3 beleuchtet wird.
Die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdiode kann trotz der Durchbrechung der Rotationssymmetrie achsensymmetrisch zur optischen Achse verlaufen. Die Beleuchtungsstärkeverteilung der einzelnen Leuchtdiode auf der zu beleuchtenden Fläche zeigt dann keine Inseln erhöhter Strahlungsleistung in einem Abstand von der optischen Achse. Durch Überlagerung der von den einzelnen Leuchtdioden 3 abgestrahlten Strahlung ergibt sich die Abstrahlcharakteristik, der LED-Anordnung 1.
Werden die optischen Elemente 4 teilweise oder allesamt mit der. LängserStreckungsrichtung (beispielsweise der langen Hauptachse a) schräg, also unter einem von 0° und insbesondere auch von 90° verschiedenen Winkel, zu einem Rand 20 des Trägers 2 angeordnet, so können vorgegebene Abstrahlcharakteristiken für die LED-Anordnungen und damit auch eine vorgegebene Beleuchtungsstärkeverteilung auf einer zu beleuchtenden Fläche vereinfacht erreicht werden.
Die einzelnen optischen Elemente 4 sind zueinander verdreht auf dem, insbesondere ebenen, Träger 2 angeordnet. Die Drehrichtung verläuft bevorzugt azimutal zur optischen Achse 7.
Gemäß den Figuren IA und IB sind die Leuchtdioden 3 in einem Mehreck, insbesondere einem Rechteck, gruppiert angeordnet. Vorzugsweise sind die Leuchtdioden 3 matrixartig angeordnet. Davon abweichend kann auch eine andere, vorzugsweise regelmäßige, Anordnung, etwa- gemäß einem Wabenmuster, zweckmäßig sein.
Die optischen Elemente 4 der Eck-Leuchtdioden sind mit ihrer Längserstreckungsrichtung jeweils gegenüber derjenigen des optischen Elements 4 einer benachbarten Leuchtdiode verdreht (vgl. beispielsweise den Zwischenwinkel 8). Die inneren optischen Elemente 4 sind in Längsrichtung parallel und insbesondere parallel zum Trägerrand 20 ausgerichtet. Diagonal gegenüberliegende optische Elemente sind mit paralleler Längsrichtung angeordnet. Ein randseitiger Abfall einer Beleuchtungsstärkeverteilung auf der mit der LED- Anordnung 1 zu beleuchtenden Fläche kann so vermindert werden. Eine homogene Ausleuchtung der Fläche wird so vereinfacht .
Figur IC zeigt eine Detailansicht der in den Figuren IA und IB dargestellten Beleuchtungsanordnung in einer schematischen Schnittansicht, wobei lediglich eine auf . dem Träger 2 angeordnete Leuchtdiode 3 abgebildet ist.
Die Leuchtdiode 3 umfasst ein LED-Bauelement 5, das. ein Gehäuse 55 aufweist. Der LED-Chip 6 ist in einer Kavität 56 des Gehäuses 55 angeordnet. Eine Wand 57 der Kavität 56 bildet einen Reflektor. Hierbei ist die Wand für im LED-Chip erzeugte Strahlung reflektierend ausgeführt. Zur Steigerung der Reflexion kann die Wand erforderlichenfalls mit einer Beschichtung versehen werden. Im LED-Chip erzeugte Strahlung kann an der Wand 57 reflektiert werden und in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 40 des optischen Elements, gelenkt werden.
Der im LED-Bauelement 5 ausgebildete Reflektor kann rotationssymmetrisch zur optischen Achse ausgeführt sein. Eine rotationssymmetriefreie Abstrahlcharakteristik kann auch noch durch das entsprechend geformte optische Element 4 ausgebildet werden. Der Reflektor kann aber auch derart geformt sein, dass eine die Rotationssymmetrie durchbrechende Abstrahlcharakteristik resultiert oder zumindest gefördert wird. Beispielsweise kann der Reflektor in Aufsicht eine von einer Kreisform abweichende, etwa elliptische, Grundform aufweisen. Eine Optik mit einer die Rotationssymmetrie durchbrechenden Abstrahlcharakteristik kann also auch durch einen Reflektor oder durch eine Kombination eines Reflektors mit einer Linse erzielt werden.
Das LED-Bauelement weist einen Kontaktleiter 51 und einen weiteren Kontaktleiter 52 auf, die jeweils mit einer Anschlussfläche 21 beziehungsweise einer weiteren Anschlussfläche 22 auf dem Träger 2 elektrisch leitend verbunden sind, beispielsweise über ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmittel 59, etwa ein Lot. Die Kontaktleiter 51, 52 sind mit dem LED-Chip elektrisch leitend verbunden, wobei die elektrisch leitende Verbindung des Kontaktleiters 51 mittels eines Bond-Drahts 53 hergestellt sein kann.
Insbesondere zum Schutz vor äußeren Einflüssen, • etwa Feuchtigkeit, kann der LED-Chip 6 und gegebenenfalls der Bond-Draht 53 in einen Verguss 56 eingebettet sein.
In der Figur IC ist das optische Element 4 an dem LED- Bauelement 5, insbesondere an dem Gehäuse 55, mittels einer- Haftschicht 9 befestigt. Alternativ oder zusätzlich kann das optische Element auch für eine mechanische' Verbindung, etwa eine Steck-, Rast- oder Schnappverbindung, ausgebildet sein.
Weiterhin kann das optische Element vor dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend in lateraler Richtung zumindest bereichsweise über das LED-Bauelement 5, insbesondere über das Gehäuse 55, hinausragen.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer LED-Anordnung 1 kann zunächst eine Soll-Abstrahlcharakteristik für die LED- Anordnung vorgegeben werden. Eine Vielzahl von Leuchtdioden 3 mit gleichartiger Abstrahlcharakteristik kann bereitgestellt werden, wobei die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdioden jeweils eine durchbrochene Rotationssymmetrie aufweist. Nachfolgend kann eine geeignete Anzahl und eine geeignete Anordnung der Leuchtdioden für die SoIl-
Abstrahlcharakteristik ermittelt werden. Beispielsweise kann • durch eine Erhöhung der Anzahl der Leuchtdioden die insgesamt von der LED-Anordnung abgestrahlte Strahlungsleistung erhöht werden. Die zuvor ermittelte geeignete Anzahl an Leuchtdioden in der zuvor ermittelten Anordnung kann auf einem Träger 2 für die LED-Anordnung angeordnet und insbesondere befestigt werden. Insbesondere durch geeignete Ausrichtung der Leuchtdioden 3, also durch Drehung der Leuchtdioden 3 relativ zueinander beziehungsweise einem Trägerrand 20 kann die Abstrahlcharakteristik eingestellt werden. Die Leuchtdioden 3 können in der vorgesehenen Position und Ausrichtung beispielsweise mittels Lötens oder Klebens an dem Träger 2 befestigt werden.
Gemäß diesem Verfahren hergestellte und fertig gestellte LED- Anordnungen können wie im Zusammenhang mit den Figuren IA bis- IC sowie 2 bis 4 beschrieben ausgeführt sein.
Durch das beschriebene Verfahren können auf einfache Weise LED-Anordnungen mit einer an eine vorgegebene Soll- Abstrahlcharakteristik angepasste Abstrahlung hergestellt werden.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine LED- Anordnung. Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu sind die Leuchtdioden 3 matrixartig angeordnet, wobei die optischen Elemente 4 der Leμchtdioden 3 innerhalb einer Spalte mit zueinander parallel verlaufenden Längserstreckungsrichtungen angeordnet sind. Weiterhin verlaufen die Längserstreckungsrichtungen der optischen Elemente von Leuchtdioden in benachbarten Spalten jeweils schräg zueinander.
Die Längserstreckungsrichtungen der Leuchtdioden 3 in den Außenspalten parallel zueinander. Die Längserstreckungsrichtungen. der Leuchtdioden in der Mittelspalte verlaufen parallel zu einem Trägerrand 20 des Trägers 2.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für eine LED- Anordnung. Dieses dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel sind alle optischen Elemente 4 schräg zum Trägerrand 20 angeordnet, wobei die
Längserstreckungsrichtungen aller optischen Elemente 4 parallel zueinander verlaufen. Die
Längserstreckungsrichtungen der optischen Elemente 4 in benachbarten Spalten verlaufen also jeweils parallel zueinander.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel für eine LED- Anordnung. Dieses vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel sind die optischen Elemente 4 in Reihen mit zueinander parallelen Längserstreckungsrichtungen angeordnet, wobei die Längserstreckungsrichtungen benachbarter Reihen schräg zueinander verlaufen. Die Längserstreckungsrichtungen der Außen-Reihen verlaufen parallel zueinander.
Selbstverständlich kann für die Leuchtdioden, je nach vorgegebener Abstrahlungscharakteristik der LED-Anordnung, auch eine andere Anordnung und/oder Ausrichtung der Längserstreckungsrichtungen der optischen Elemente 4 zweckmäßig sein. Durch eine Kombination einer geeigneten Anzahl an Leuchtdioden 3 und geeigneter Schrägstellung der länglichen optischen Elemente 4 zueinander und/oder zum Trägerrand 20 kann eine vorgegebene Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung 1 auf einfache Weise erzielt werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2006 047 233.0, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches Element (4) mit einer Strahlungsaustrittsfläche (40) für eine Leuchtdiode (3) , wobei das optische Element
(4) geeignet ist, eine eine Rotationssymmetrie durchbrechende Abstrahlcharakteristik zu erzeugen.
2. Optisches Element nach Anspruch 1, dessen Strahlungsaustrittsfläche (40) in Aufsicht länglich ausgebildet ist.
3. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verhältnis einer Längsausdehnung (a) der Strahlungsaustrittsfläche (40) des optischen Elements (4) zu einer Querausdehnung (b) der Strahlungsaustrittsfläche (40) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 2 : 1 oder größer ist .
4. Optisches Element nach Anspruch 1 oder.2, bei dem das Verhältnis einer Längsausdehnung (a) der Strahlungsaustrittsfläche (40) des optischen Elements (4) zu einer Querausdehnung (b) der Strahlungsaustrittsfläche (40) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 3:1 oder größer ist.
5. Optisches Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verhältnis einer Längsausdehnung (a.) der Strahlungsaustrittsfläche (40) des optischen Elements (4) zu einer Querausdehnung (b) der Strahlungsaustrittsfläche (40) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche 4:1 oder größer ist.
6. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strahlungsaustrittsfläche (40) des optischen Elements (4) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche (40) zumindest zwei ausgezeichnete Achsen (45, 46) aufweist.
7. Optisches Element nach Anspruch 6, bei dem die Achsen (45, 46) Symmetrieachsen sind.
8. Optisches Element nach Anspruch 6 oder 7 , bei dem die Strahlungsaustrittsfläche (40) in Schnittebenen, die jeweils von einer optischen Achse des optischen Elements und einer der ausgezeichneten Achsen (45, 46) aufgespannt werden, jeweils gekrümmt verläuft.
9. Optisches Element nach einem der Ansprüche 1- bis 8, das in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche (40) ellipsenartig geformt ist.
10. Optisches Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das als Linse ausgeführt ist.
11. Leuchtdiode (3) mit einer Strahlungsaustrittsseite und einem optischen Element (4), wobei das optische Element (4) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Leuchtdiode (4) eine Abstrahlcharakteristik mit durchbrochener Rotationssymmetrie aufweist .
12. Leuchtdiode nach Anspruch 11, die gezielt mit einer die Rotationssymmetrie durchbrechenden Abstrahlcharakteristik ausgebildet ist.
13. Leuchtdiode nach Anspruch 11 oder 12, bei der das optische Element (4) als Linse ausgeführt ist.
14. Leuchtdiode nach Anspruch 11 oder 12, bei der das optische Element (4) als Reflektor ausgeführt ist.
15. Leuchtdiode nach Anspruch 11 oder 12, bei der das optische Element (4) mittels einer Kombination aus einer Linse und einem Reflektor gebildet ist.
16. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 15, die einen LED-Chip (6) zur Strahlungserzeugung umfasst.
17. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 16, die ein LED-Bauelement (5) umfasst, wobei das LED-Bauelement (5) den LED-Chip (6) und ein Gehäuse (55) aufweist und der LED-Chip (6) in dem Gehäuse (55) angeordnet ist.
18. Leuchtdiode nach Anspruch 17, bei der das LED-Bauelement (5) oberflächenmontierbar ausgeführt ist .
19. Leuchtdiode nach Anspruch 17 oder 18, bei der das optische Element (4) mittels eines für die im LED-Chip (6) erzeugte Strahlung reflektierend ausgebildeten Teils (57) des Gehäuses (55) gebildet ist.
20. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei der das optische Element (4) mittels eines an dem LED- Bauelement befestigten, vorgefertigten optischen Elements . gebildet ist.
21. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 20, bei der das optische Element (4) einen Kunststoff enthält.
22. Leuchtdiode nach Anspruch 21, bei der das optische Element (4) einen Kunststoff aus der Gruppe bestehend aus Thermoplast, Duroplast und Silikon enthält .
23. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 22, bei der das optische Element (4) ein Harz enthält.
24. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 23, bei der das optische Element (4) ein Harz aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharz, Acrylharz und Silikonharz enthält.
25. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 24, bei der das optische Element (4) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite langgestreckt ausgebildet ist.
26. Leuchtdiode nach Anspruch 25, bei der das Verhältnis der Längsausdehnung (a) des optischen Elements (4) zu der Querausdehnung (b) des optischen Elements (4) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 2:1 oder größer ist.
27. Leuchtdiode nach Anspruch 25, bei der das Verhältnis der Längsausdehnung (a) des optischen Elements (4) zu der Querausdehnung (b) des optischen Elements (4) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 3:1 oder größer ist.
28. Leuchtdiode nach Anspruch 25, bei der das Verhältnis der Längsausdehnung (a) des optischen Elements (4) zu der Querausdehnung (b) des optischen Elements (4) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite 4:1 oder größer ist.
29. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 28, bei der eine Strahlungsaustrittsflache (40) der Leuchtdiode in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsfläche (40) zumindest zwei ausgezeichnete Achsen (45, 46) aufweist.
30. Leuchtdiode nach Anspruch 29, bei der die Achsen Symmetrieachsen (45, 46) sind.
31. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 30, bei- der das optische Element (4) in Aufsicht auf die Strahlungsaustrittsseite ellipsenartig geformt ist.
32. Leuchtdiode nach einem der Ansprüche 11 bis 31, bei der das optische Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt ist.
33. LED-Anordnung (1) mit einer Mehrzahl von auf einem Träger (2) angeordneten Leuchtdioden (3) , wobei den Leuchtdioden (3) jeweils ein eigenes optisches Element (4) zugeordnet ist, welches derart angeordnet und ausgebildet ist, dass eine Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Leuchtdiode- (3) mit durchbrochener RotationsSymmetrie geformt wird, und wobei die optischen Elemente (4) gleichartig ausgeführt sind.
34. LED-Anordnung nach Anspruch 33, bei dem der Träger (2) ein Anschlussträger mit einer Mehrzahl von Anschlussleitern ist, und die Leuchtdioden (3) mit den Anschlussleitern elektrisch leitend verbunden sind.
35. LED-Anordnung nach Anspruch 33 oder 34, bei dem die optischen Elemente (4) gleichartig geformte Strahlungsaustrittsflächen (40) aufweisen.
36. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, bei dem die Leuchtdioden (3) gitterpunktartig auf dem Träger (2) angeordnet sind.
37. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, bei der eine Längserstreckungsrichtung des optischen Elements (4) einer Leuchtdiode (3) oder einer Mehrzahl von Leuchtdioden (3) schräg zu einem Rand (20) des Trägers (2) verläuft .
38. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 37, bei der optische Elemente (4) bezüglich deren Längserstreckungsrichtung in Aufsicht auf den Träger (2) verdreht zueinander angeordnet sind.
39. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, bei der optische Elemente (4) bezüglich deren Längserstreckungsrichtung parallel zueinander angeordnet sind.
40. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 39, die optische Elemente (4) umfasst, die, bezüglich deren Längserstreckungsrichtungen parallel zueinander angeordnet sind und die schräg zueinander angeordnet sind.
41. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 40, bei der die Leuchtdioden (3) derart angeordnet sind, dass sich die Abstrahlcharakteristiken der Leuchtdioden (3) zu einer vorgegebenen Abstrahlcharakteristik der LED-Anordnung (1) überlagern.
42. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 41, bei der die vorgegebene Abstrahlcharakteristik der LED- Anordnung (1) durch Drehung von Leuchtdioden zueinander ausgebildet ist.
43. LED-Anordnung nach einem der Ansprüche 33 bis 42, bei der die Leuchtdioden (2) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 32 ausgebildet • sind.
44. Verfahren zur Ausbildung einer LED-Anordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden mit den Schritten: a) Vorgeben einer Soll-Abstrahlcharakteristik für die LED- Anordnung; b) Bereitstellen einer Vielzahl von Leuchtdioden mit gleichartiger Abstrahlcharakteristik, wobei die Abstrahlcharakteristik der Leuchtdioden jeweils eine durchbrochene Rotationssymmetrie aufweist; c) Ermitteln • einer geeigneten Anzahl und einer geeigneten Anordnung der Leuchtdioden für die SoIl- Abstrahlcharakteristik; d) Anordnen der zuvor ermittelten geeigneten Anzahl an Leuchtdioden in der zuvor ermittelten Anordnung auf einem Träger für die LED-Anordnung; und e) Fertigstellen der LED-Anordnung mit der Soll- Abstrahlcharakteristik.
45. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem eine LED-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 33 bis 43 hergestellt wird.
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