EP2399068A1 - Optoelektronisches modul - Google Patents

Optoelektronisches modul

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Publication number
EP2399068A1
EP2399068A1 EP10703869A EP10703869A EP2399068A1 EP 2399068 A1 EP2399068 A1 EP 2399068A1 EP 10703869 A EP10703869 A EP 10703869A EP 10703869 A EP10703869 A EP 10703869A EP 2399068 A1 EP2399068 A1 EP 2399068A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reflector
mounting body
optoelectronic module
radiation
components
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10703869A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Moeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP2399068A1 publication Critical patent/EP2399068A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
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    • F21—LIGHTING
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    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
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    • F21V29/51—Cooling arrangements using condensation or evaporation of a fluid, e.g. heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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    • F21Y2107/30—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements on the outer surface of cylindrical surfaces, e.g. rod-shaped supports having a circular or a polygonal cross section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic module, in particular for general lighting.
  • LED modules for general lighting often have comparatively strong inhomogeneities in the
  • One object is to provide an optoelectronic module in which a homogeneous radiation of the module can be realized in a simplified manner.
  • an optoelectronic module has a reflector with an aperture and a structured reflector surface and at least two connection carriers, on each of which at least one component is arranged, which is provided for generating radiation, in particular in the visible spectral range.
  • the connection carriers are arranged at least partially in the interior of the reflector.
  • at least two components of the module have different emission properties from one another, in particular with respect to the spectral and / or spatial radiation and / or the Luminance of the radiated radiation.
  • the at least two components are each assigned a main emission direction. The radiation emitted by the components along their respective main emission direction is at least partially redirected in the direction of the aperture by means of the structured reflector surface.
  • the radiation occurs predominantly, in particular to a proportion of at least 50%, only after a deflection, for example due to reflection and / or diffraction, at the structured reflector surface of the optoelectronic module.
  • the radiation emitted by the components can be mixed in an efficient manner by means of the structured reflector surface such that the radiation emerging from the aperture, in particular in the far field of the optoelectronic module, has a high degree of homogeneity.
  • the individual components become less pronounced as individually perceptible radiation sources, the stronger the mixing of the radiation components.
  • the main emission direction of the radiation-emitting components expediently extends obliquely or perpendicular to a normal to the aperture of the reflector. This ensures in a simple manner that the radiation generated by the components exits the aperture only after impact with the reflector surface.
  • the optoelectronic module viewed at a distance from the aperture, which is large compared to the minimum distance of the components of the aperture.
  • the optoelectronic module may have a high homogeneity at a distance of about 10 cm from the aperture.
  • the distance of the components from the aperture is preferably between twice and including twenty times, more preferably between three times and ten times, for example, about five times, an extent of the radiation exit surface of the components.
  • the homogeneity relates in particular to a spatially uniform emission of the module with regard to the luminance and / or the color locus of the emitted radiation.
  • connection carriers can be arranged completely in the interior of the reflector.
  • An assembly of the connection carrier within the reflector is simplified.
  • connection carriers are preferably associated with the reflector, components arranged on the connection carriers emitting radiation in the direction of the reflector. Radiation which is radiated during operation of the optoelectronic module of components on different connection carriers can thus be mixed by means of a common reflector and deflected through the aperture of the optoelectronic module.
  • An optoelectronic module, in particular for the General lighting, from which emerges through the aperture of the generated by a plurality of components, preferably incoherent, radiation in high homogeneity, is realized in a simple manner.
  • the at least two components are different from each other
  • the radiation properties are thus different from each other at least in spectral terms.
  • the peak wavelengths of the components are chosen such that by means of a mixing of the radiation components of the components for the human eye appearing white radiation can be generated.
  • white-appearing radiation can be generated by means of a component emitting in the blue and in the yellow spectral range.
  • white-appearing radiation can also be generated by means of three components that emit radiation of a suitable Farbtripeis, for example, radiation in the red, green and blue spectral range.
  • the radiation properties of the components may be different with respect to the intensity of the radiation emitted by them.
  • the structured reflector surface even with a different intensity of the radiated radiation a homogeneous Radiation characteristic for the optoelectronic module can be achieved.
  • the optoelectronic module has a mounting body. At least one connection carrier is preferably fastened to the mounting body, more preferably at least two connection carriers are fastened.
  • the mounting body is provided in particular for heat dissipation of the heat generated in the components during operation.
  • connection carrier is fastened to the mounting body by means of a heat-conducting connection means.
  • the connecting means may be formed electrically conductive or electrically insulating.
  • a heat-conducting adhesive for example, a heat-conducting adhesive, a thermal paste or a suitable for the connecting means
  • Thermally conductive foil such as a foil containing graphite or consists of graphite.
  • the mounting body further preferably has a high thermal conductivity.
  • the mounting body may contain a metal, such as aluminum or copper, or may consist of a metal.
  • a ceramic such as aluminum nitride, aluminum oxide or boron nitride, can be used for the mounting body.
  • the mounting body may be designed as a solid body, which may further be formed inside of a structure freely. Such a mounting body is characterized in particular by a simple manufacturability. Deviating from this, at least one cavity can also be formed in the mounting body. In particular, the mounting body can enclose a cooling medium.
  • the mounting body can be designed in this case, for example, as a heat pipe (heat pipe).
  • the mounting body can completely enclose the cooling medium, so that a closed cooling circuit is formed.
  • the mounting body may be provided with at least one supply line and a discharge for the cooling medium.
  • connection carriers are fastened to the mounting body.
  • the mounting body may have at least two side surfaces, to each of which one of the connection carrier of the module is attached.
  • the side surfaces can each form a planar mounting surface for the connection carrier.
  • two side surfaces of the mounting body are inclined or parallel to each other.
  • Parallel side surfaces may be formed in particular on opposite sides of the mounting body.
  • connection carriers can be simplified in such a way that the components arranged on these connection carriers emit radiation in different directions. A thorough mixing of the components Radiated radiation by means of the structured reflector surface is thus achieved in a simplified manner.
  • a surface normal of at least one side surface of the mounting body, on which a connection carrier is arranged points away from the aperture.
  • an angle between the surface normal of the side surface and the aperture surface is preferably at least 90 °.
  • the mounting body preferably has a
  • Main axis of extension The expansion of the mounting body along the main axis of extension is preferably at least 1.5 times as large as in a
  • Main extension axis is, the more radiation-emitting components can be arranged side by side in the direction of the main axis of extension.
  • the total radiation power that can be generated in the optoelectronic module can thus be increased.
  • the main extension axis of the mounting body is perpendicular or substantially perpendicular to the aperture of the reflector.
  • side surfaces of the mounting body which run parallel to the main extension axis, oriented perpendicular or substantially perpendicular to the aperture of the reflector.
  • the radiation is thus parallel to the aperture of the reflector, so that the radiation predominantly not directly, but only after a deflection at the reflector emerges from the aperture.
  • the module has a further mounting body with a further main extension axis.
  • Main extension axis of the other mounting body preferably runs parallel or substantially parallel to the main extension axis of the mounting body.
  • the module can thus have a plurality of mounting bodies which are arranged next to one another in a plane extending parallel to the aperture.
  • the mounting body can be arranged in a row next to each other in equidistant or substantially equidistant intervals.
  • an optoelectronic module can be produced in a simplified manner, which has an oblong aperture, for example an aperture with a length to width ratio of at least 2: 1, preferably at least 4: 1.
  • the main extension axis of the mounting body runs parallel or substantially parallel to the aperture of the reflector.
  • the connection carrier is preferably fastened to a side face of the mounting body whose surface normal points away from the aperture of the reflector.
  • the mounting body has a cross section with a polygonal basic shape perpendicular to the main extension axis, for example a quadrangular basic shape with bevelled or rounded edges.
  • the mounting body can have n, in particular flat, side surfaces, on each of which a connection carrier can be fastened in a simplified manner.
  • a flat side surface is particularly suitable for the attachment of a rigid connection carrier.
  • connection carrier is preferably designed as a printed circuit board, in particular as a printed circuit board.
  • a circuit board of type FR2 or FR4 is suitable.
  • a printed circuit board with a metal core is particularly suitable as a connection carrier, in particular for mounting radiation-emitting components with a comparatively high power consumption during operation, for example with a power consumption of 0.2 W or more.
  • the mounting body is segmented.
  • the segmentation is preferably along the main axis of extension.
  • the segments of the mounting body may each have a similar basic shape or be at least partially different from each other.
  • The, in particular segmented, mounting body may be integrally formed.
  • the segments can be made of a single workpiece.
  • a multi-piece configuration in which the mounting body is formed by means of segments joined together, may be provided.
  • a first segment of the mounting body on a side surface which is formed obliquely to a side surface of a second segment.
  • the side surfaces of the segments in particular adjacent segments, can be rotated and / or tilted to each other.
  • the main emission directions of the radiation-emitting components arranged on these connection carriers can thus be shown in different directions in a simplified manner. A thorough mixing of the radiated from the components radiation to a homogeneous radiation of the optoelectronic module is further simplified.
  • the mounting body is formed by means of segments which are of a similar design and which are arranged rotated relative to one another with respect to the main extension axis.
  • the segments may each have a cross-section with polygonal, in particular rectangular, approximately square, basic shape, wherein adjacent segments are arranged with respect to the main axis of extension rotated against each other.
  • the reflector is preferably designed such that it has a focus, for example in the form of a focal point or a focal line.
  • the components are preferably arranged in the optoelectronic module such that they are located in the region of the focus. The more components are arranged in the vicinity of the focus, the stronger the radiation of the optoelectronic module through the aperture to a radiation in the form of a pure
  • the reflector in cross-section at least partially have a circular segment-like, elliptical or parabolic basic shape.
  • a curved basic shape of the reflector can be at least partially approximated by suitable straight portions.
  • Radiation exit surface of the reflector at least partially curved, for example circular or elliptical, or polygonal, for example rectangular, be executed.
  • the structure of the reflector is formed by means of structural elements, which may be designed in a similar manner in particular.
  • the structural elements may in particular be curved, for instance concave or convexly curved.
  • the structural elements may be formed like a spherical segment. Deviating from the structural elements can each be flat or substantially planar executed, the normal pointing to adjacent structural elements expediently in mutually different directions.
  • the lateral extent of the structural elements can be varied within wide ranges, the lateral extent being selectable in particular between 10 nm and 10 cm inclusive.
  • the structuring can be embodied, for example, in the form of microstructuring, for example with a lateral extent of at most 50 ⁇ m, or in the form of a macrostructuring that can be recognized in particular by the human eye.
  • the lateral extent of the structural elements lies in the region of the wavelength of the radiation generated by the optoelectronic module.
  • the lateral extent may be between 100 nm inclusive and 1 ⁇ m inclusive.
  • optical interference effects can be used specifically for influencing the emission characteristic of the optoelectronic module.
  • the structure of the reflector is irregular.
  • an irregular structure can be done by roughening the reflector.
  • Compared to an unstructured reflector can be done by structuring the reflector improved mixing of the reflector.
  • the components are preferably designed as surface-mountable components (SMD components, surface-mounted device), which furthermore preferably each have at least one semiconductor chip provided for generating, preferably incoherent, radiation. Such components are simplified mounted on the side facing away from the mounting body side of the connection carrier and contacted.
  • the components may be unpackaged semiconductor chips which are mounted directly on the connection carrier. On a prefabricated housing for the semiconductor chip can be dispensed with in this case.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an optoelectronic module in a schematic plan view
  • FIG. 2 shows a schematic side view of the optoelectronic module according to the first exemplary embodiment shown in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of an optoelectronic module in a schematic side view
  • FIGS. 5A and 5B show a fourth exemplary embodiment of an optoelectronic module in a schematic plan view (FIG. 5A) and associated sectional view (FIG. 5B),
  • Figures 6A and 6B a fifth embodiment of an optoelectronic module in a schematic plan view (Figure 6A) and associated sectional view ( Figure 6B), and
  • Figure 7 shows an embodiment of a mounting body.
  • FIG. 1 A first exemplary embodiment of an optoelectronic module is shown in FIG. 1 on the basis of a schematic plan view and in FIG. 2 on the basis of a side view.
  • FIG. 2 the reflector for improved depictability of the elements arranged in the reflector is partially not shown.
  • the optoelectronic module 1 has a reflector 4 with a structured reflector surface 41.
  • An aperture 40 of the reflector runs in FIG. 1 parallel to the plane of the drawing.
  • the optoelectronic module comprises a mounting body 5.
  • the mounting body 5 is surrounded in a lateral direction by the reflector surface 41.
  • a main extension axis of the mounting body 5 is parallel, preferably collinear with a reflector axis perpendicular to the aperture of the reflector.
  • connection carrier 3 On the mounting body 5 connection carrier 3 are attached. In each case a plurality of components 2, which are provided for generating radiation, are arranged on the connection carriers 3. The number of components can be varied within wide limits depending on the radiation power to be generated by the optoelectronic module. In this case, it is not necessary for the same number of components to be arranged on the connection carriers 3 in each case.
  • the radiation-emitting components each have a main emission direction, which runs perpendicular to the connection carriers 3.
  • the components are thus attached to the mounting body in such a way that the radiation emitted by the components predominantly strikes the reflector surface 41 of the reflector 4 and, after at least one reflection at this reflector surface, can exit through the aperture of the reflector.
  • At least two components of the module have, during operation of the module, in particular with respect to their peak wavelengths, different radiation properties from each other, the radiation properties of the components are preferably selected such that from the optoelectronic module mixed-colored radiation, preferably for the human eye white appearing radiation, exit.
  • Such a module is particularly suitable for general lighting.
  • the optoelectronic module can have components emitting in the green spectral range and emitting in the red spectral range and emitting in the blue spectral range.
  • the radiation emitted by the components is mixed by means of the reflector surface 41, in particular by means of the structure of the reflector surface 41, and deflected in the direction of the aperture of the optoelectronic module.
  • a radiation characteristic of the module can be achieved, which gives the human eye a homogeneous mixed-color impression, in particular a homogeneous white impression.
  • the individual components can each generate radiation in only one spectral range.
  • the structured reflector surface in particular in the far field of the module, it is possible to obtain a homogeneous white impression even with components which in each case emit only radiation in a spectral range.
  • the structure of the reflector is formed by means of similar structural elements which are convexly curved, in particular spherical-like or spherical-segment-like.
  • Another structure for example, with an at least partially concave curvature of the structural elements or each with each other obliquely extending planar surfaces as structural elements, may find application.
  • the structural elements may have a lateral extent of between 10 nm and 10 mm inclusive, and thus be formed in the form of a microstructure or a macrostructure.
  • the lateral extent of the structural elements may be in the region of the wavelength of the radiation emitted by the optoelectronic module.
  • the lateral extent may be between 100 nm inclusive and 1 ⁇ m inclusive. In this way, optical interference effects can be used specifically for adjusting the radiation of the optoelectronic module.
  • the components of the optoelectronic module 1 are preferably arranged in the region of a focus of the reflector 4.
  • a bundled radiation is realized so simplified.
  • the mounting body 5 of the optoelectronic module can be segmented along the main extension axis. This is indicated in FIG. 1 on the basis of segments 55 shown in dashed lines. As an example of a polygonal cross-section, the segments 55 each have a square cross-section. The segments are rotated relative to the main axis of extension of the mounting body to each other. The arranged on the side surfaces of the dashed lines 55 segments connection carrier with the associated components are not shown explicitly in Figure 1 for improved clarity.
  • the mounting body 5 expediently has a high thermal conductivity.
  • the mounting body may contain a metal, such as aluminum or copper, or may consist of a metal.
  • the mounting body may contain a ceramic, such as aluminum nitride or boron nitride, or consist of a ceramic.
  • the mounting body may be formed as a solid body. Deviating from the mounting body may also have an inner structure (not explicitly shown), which may for example enclose a cooling medium.
  • the mounting body can be designed as a heat pipe.
  • connection carrier 3 On the side surfaces 51 of the mounting body 5, the connection carrier 3 are each secured by means of a heat-conducting connecting means 6.
  • the connecting means may be formed, for example, by means of a thermal paste or a heat conducting foil, for example a graphite foil.
  • connection carriers are preferably each designed as a printed circuit board.
  • a circuit board of type FR2 or FR4 is suitable.
  • a printed circuit board with a metal core (MC-PCB) is particularly suitable because of its high thermal conductivity. The heat generated by the components during operation can thus be dissipated particularly efficiently through the connection carriers to the mounting body.
  • LED components are suitable as radiation-emitting components 2.
  • the LED components are designed as surface mount components. The attachment of the components and the production of an electrically conductive connection with the respective connection carrier can thus take place on the side facing away from the mounting body of the connection carrier 3.
  • the side surfaces 51 of the mounting body 5, to which the connection supports 3 are fastened each have a surface normal, which runs parallel to the aperture. In this way, it is simplified to ensure that components mounted on the respective connection carriers radiate radiation predominantly in such a way that the radiation emerges from the aperture only after reflection at the reflector surface 41 of the reflector 4. The mixing of the radiation emitted by the components to form a homogeneous overall impression at a large distance from the aperture is thus further simplified.
  • the optoelectronic module has a heat sink 8 arranged outside the reflector 4, to which the mounting body is fastened.
  • the heat sink can absorb the heat generated during operation of the module.
  • the mounting body 5 extends through the reflector 4. On this outside of the reflector 4 arranged heat sink can be dispensed with deviating but also.
  • the reflector of the first embodiment shown may also have other basic geometric shapes.
  • the reflector may have an elliptical basic shape.
  • an education of the Reflector 4 according to a segment of a paraboloid of revolution may find application.
  • FIG. 1 A second exemplary embodiment of an optoelectronic module is shown schematically in a sectional view in FIG.
  • This second embodiment substantially corresponds to the first embodiment described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the reflector 4 has a curved shape, wherein the curvature of the reflector varies locally.
  • the mounting body 5 has a triangular basic shape, wherein in each case a connection carrier 3 is fastened to only two side surfaces 51 of the mounting body.
  • the side surface of the mounting body 5, the surface normal to the aperture of the reflector out, however, is free of a connection carrier. In this way, it is ensured that the components arranged on the connection carriers radiate predominantly in such a way that the radiation is first deflected at the reflector surface before emerging from the aperture of the reflector and thus, in particular due to the structure of the reflector surface, is mixed.
  • the mounting body may differ from the embodiment shown basic form, for example, a basic shape with four or more corners.
  • a third exemplary embodiment of an optoelectronic module is shown in FIG. 4 in a schematic plan view. This third embodiment substantially corresponds to the first embodiment described in connection with FIGS.
  • the structure of the reflector 4 is irregular.
  • An irregular structuring can be achieved for example by means of roughening.
  • a main body of the reflector can be roughened and subsequently provided with a highly reflective coating, for example a metallic coating.
  • the main body of the reflector 4 may be carried out even highly reflective and be patterned by means of a roughening.
  • Such a structured reflector surface can be produced in a simple manner.
  • FIG. 5A A fourth exemplary embodiment of an optoelectronic module is shown in schematic plan view (FIG. 5A) and associated sectional view along the line AA '(FIG. 5B) in FIGS. 5A and 5B.
  • This embodiment substantially corresponds to the first embodiment described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the mounting body 5 as described in connection with Figure 3 has a triangular basic shape.
  • the aperture 40 is elongate, in particular rectangular.
  • a main extension axis of the mounting body 5 runs along a focal line of the reflector 4.
  • the focal line runs parallel to the aperture 40 of the optoelectronic module, ie perpendicular to the sectional plane of FIG. 5B.
  • the main extension axis of the mounting body thus extends parallel to the aperture of the reflector.
  • connection carriers 3 are each in turn oriented relative to the reflector 4, in particular to the aperture 40, such that the components 2 arranged on the connection carriers 3 each have a main emission axis which has an angle of at least 90 ° to the aperture of the reflector.
  • FIG. 6A A fifth exemplary embodiment of an optoelectronic module is shown in a schematic plan view (FIG. 6A) and associated sectional view along the line AA '(FIG. 6B) with reference to FIGS. 6A and 6B.
  • This fifth exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment described in conjunction with FIGS. 1 and 2, wherein the aperture of the optoelectronic module, as described in connection with FIGS. 5A and 5B, is elongate.
  • the optoelectronic module 1 has, in addition to the mounting body 5, two further mounting bodies 50.
  • the mounting bodies 5, 50 each have a main extension axis which run perpendicular to the aperture of the optoelectronic module and furthermore parallel to one another.
  • On the mounting bodies 5 are each arranged on two opposite mounting surfaces 51 connection carrier 3 with components 2 mounted thereon.
  • the normals of the side surfaces each extend parallel to the aperture of the reflector 4.
  • the mounting body 5, 50 are arranged side by side along a focal line of the reflector 4. In this way, a radiation characteristic can be achieved in a simplified manner in which the radiation emerges from the optoelectronic module after reflection at the structured reflector surface 41, predominantly at a comparatively small angle to a normal to the aperture 40 of the reflector 4.
  • An embodiment of a mounting body is shown in Figure 7 in a perspective schematic representation.
  • the mounting body 5 has a plurality of segments 55 which adjoin one another along a main extension axis of the mounting body.
  • the segments 55 are each formed identically and, in the exemplary embodiment shown, each have a square basic shape in cross-section, with the resulting cuboids of the segments 55 each having bevelled edges.
  • the mounting body 5 is preferably made in one piece. Deviating from the mounting body may also be formed in several pieces.
  • two adjacent segments for example a first segment 551 and a second segment 552, are each arranged rotated against one another.
  • a side surface 553 of the first segment 551 is thus oblique to a side surface 554 of the second segment 552.
  • the side surfaces 51 of the segments can also be alternatively or additionally tilted against each other.
  • the side surfaces 51 of the segments 55 are preferably each made flat. An attachment of, in particular rigid, connection carriers is thereby simplified.
  • the segments in cross section in another basic form in particular a polygonal basic shape with one of four different number of corners, for example, with three, five or six corners executed.
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Modul (1) mit einem Reflektor (4), der eine Apertur (40) und eine strukturierte Reflektorfläche (41) aufweist, und mit zumindest zwei Anschlussträgern (3) angegeben, auf denen jeweils zumindest ein Bauelement (2) angeordnet ist, das zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen ist. Die Anschlussträger sind im Inneren des Reflektors angeordnet. Zumindest zwei Bauelemente des Moduls weisen im Betrieb des Moduls voneinander verschiedene Abstrahleigenschaften auf, wobei den zwei Bauelementen jeweils eine Hauptabstrahlungsrichtung zugeordnet ist. Die von den Bauelementen entlang ihrer jeweiligen Hauptabstrahlungsrichtung abgestrahlte Strahlung wird zumindest teilweise mittels der strukturierten Reflektorfläche in Richtung der Apertur umgelenkt.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Modul
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Modul, insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung.
LED-Modulen für die Allgemeinbeleuchtung weisen oftmals vergleichsweise starke Inhomogenitäten in der
Abstrahlcharakteristik auf, was insbesondere den Farbort und die Leuchtdichte der abgestrahlten Strahlung betreffen kann.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Modul anzugeben, bei dem eine homogene Abstrahlung des Moduls vereinfacht realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches Modul gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein optoelektronisches Modul einen Reflektor mit einer Apertur und einer strukturierten Reflektorfläche und zumindest zwei Anschlussträger auf, auf denen jeweils zumindest ein Bauelement angeordnet ist, das zur Erzeugung von Strahlung, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, vorgesehen ist. Die Anschlussträger sind zumindest teilweise im Inneren des Reflektors angeordnet. Zumindest zwei Bauelemente des Moduls weisen im Betrieb des Moduls voneinander verschiedene Abstrahleigenschaften auf, insbesondere hinsichtlich der spektralen und/oder räumlichen Abstrahlung und/oder der Leuchtdichte der abgestrahlten Strahlung. Den zumindest zwei Bauelementen ist jeweils eine Hauptabstrahlungsrichtung zugeordnet. Die von den Bauelementen entlang ihrer jeweiligen Hauptabstrahlungsrichtung abgestrahlte Strahlung wird zumindest teilweise mittels der strukturierten Reflektorfläche in Richtung der Apertur umgelenkt.
Die Strahlung tritt überwiegend, insbesondere zu einem Anteil von mindestens 50 %, erst nach einer Umlenkung, etwa aufgrund von Reflexion und/oder Beugung, an der strukturierten Reflektorfläche aus dem optoelektronischen Modul aus. So kann die von den Bauelementen abgestrahlte Strahlung mittels der strukturierten Reflektorfläche auf effiziente Weise derart durchmischt werden, dass die aus der Apertur austretende Strahlung, insbesondere im Fernfeld des optoelektronischen Moduls, eine hohe Homogenität aufweist. In der vom optoelektronischen Modul abgestrahlten Strahlung treten die einzelnen Bauelemente umso weniger als einzeln wahrnehmbare Strahlungsquellen hervor, je stärker die Durchmischung der Strahlungsanteile ist.
Die Hauptabstrahlungsrichtung der Strahlungsemittierenden Bauelemente verläuft zweckmäßigerweise schräg oder senkrecht zu einer Normalen auf die Apertur des Reflektors. So ist auf einfache Weise gewährleistet, dass die von den Bauelementen erzeugte Strahlung erst nach einem Auftreffen auf der Reflektorfläche aus der Apertur austritt.
Unter dem Fernfeld wird insbesondere die
Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Moduls in einem Abstand von der Apertur angesehen, der groß ist gegenüber dem minimalen Abstand der Bauelemente von der Apertur. Beispielsweise kann das optoelektronische Modul in einem Abstand von etwa 10 cm zur Apertur eine hohe Homogenität aufweisen .
Der Abstand der Bauelemente von der Apertur beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich dem zweifachen und einschließlich dem zwanzigfachen, besonders bevorzugt zwischen dem dreifachen und einschließlich dem zehnfachen, beispielsweise etwa dem fünffachen, einer Ausdehnung Strahlungsaustrittsfläche der Bauelemente.
Die Homogenität bezieht sich insbesondere auf eine räumlich gleichmäßige Abstrahlung des Moduls hinsichtlich der Leuchtdichte und/oder des Farborts der abgestrahlten Strahlung.
Unter dem Inneren des Reflektors wird im Zweifel insbesondere das Volumen verstanden, das durch die Reflektorfläche und die Apertur des Reflektors begrenzt wird.
Die Anschlussträger können insbesondere vollständig im Inneren des Reflektors angeordnet sein. Eine Montage der Anschlussträger innerhalb des Reflektors wird so vereinfacht.
Dem Reflektor sind vorzugsweise zumindest zwei Anschlussträger zugeordnet, wobei auf den Anschlussträgern angeordnete Bauelemente Strahlung in Richtung des Reflektors emittieren. Strahlung, die im Betrieb des optoelektronischen Moduls von Bauelementen auf verschiedenen Anschlussträgern abgestrahlt wird, kann also mittels eines gemeinsamen Reflektors durchmischt und durch die Apertur des optoelektronischen Moduls umgelenkt werden. Ein optoelektronisches Modul, insbesondere für die Allgemeinbeleuchtung, aus dem durch die Apertur die von einer Vielzahl von Bauelementen erzeugte, vorzugsweise inkohärente, Strahlung in hoher Homogenität austritt, ist so auf einfache Weise realisiert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die zumindest zwei Bauelemente mit voneinander verschiedenen
Abstrahleigenschaften für die Erzeugung von Strahlung mit Peak-Wellenlängen in unterschiedlichen Spektralbereichen, insbesondere unterschiedlichen Spektralbereichen des sichtbaren Spektralbereichs, vorgesehen. Die Abstrahleigenschaften sind also zumindest in spektraler Hinsicht voneinander verschieden. Vorzugsweise sind die Peak- Wellenlängen der Bauelemente derart gewählt, dass mittels einer Durchmischung der Strahlungsanteile der Bauelemente für das menschliche Auge weiß erscheinende Strahlung erzeugbar ist .
Beispielsweise kann weiß erscheinende Strahlung mittels eines im blauen und eines im gelben Spektralbereich emittierenden Bauelements erzeugt werden. Weiterhin kann weiß erscheinende Strahlung auch mittels drei Bauelementen erzeugt werden, die Strahlung eines geeigneten Farbtripeis, beispielsweise Strahlung im roten, grünen und blauen Spektralbereich, emittieren .
Alternativ oder ergänzend zum Unterschied in der Peak- Wellenlänge können die Abstrahleigenschaften der Bauelemente bezüglich der von ihnen abgestrahlten Intensität der Strahlung verschieden sein. Mittels der strukturierten Reflektorfläche kann auch bei einer unterschiedlichen Intensität der abgestrahlten Strahlung eine homogene Abstrahlcharakteristik für das optoelektronische Modul erzielt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das optoelektronische Modul einen Montagekörper auf. An dem Montagekörper ist vorzugsweise zumindest ein Anschlussträger befestigt, besonders bevorzugt sind mindestens zwei Anschlussträger befestigt.
Der Montagekörper ist insbesondere zur Wärmeabfuhr der in den Bauelementen im Betrieb erzeugten Wärme vorgesehen.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Anschlussträger an dem Montagekörper mittels eines wärmeleitenden Verbindungsmittels befestigt. Das Verbindungsmittel kann elektrisch leitend oder elektrisch isolierend ausgebildet sein.
Beispielsweise eignet sich für das Verbindungsmittel ein Wärmeleitkleber, eine Wärmeleitpaste oder eine
Wärmeleitfolie, etwa eine Folie, die Graphit enthält oder aus Graphit besteht.
Der Montagekörper weist weiterhin vorzugsweise eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Beispielsweise kann der Montagekörper ein Metall, etwa Aluminium oder Kupfer, enthalten oder aus einem Metall bestehen. Auch eine Keramik, etwa Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Bornitrid, kann für den Montagekörper Verwendung finden.
Der Montagekörper kann als ein massiver Körper ausgeführt sein, der weiterhin im Inneren frei von einer Struktur ausgebildet sein kann. Ein solcher Montagekörper zeichnet sich insbesondere durch eine einfache Herstellbarkeit aus. Davon abweichend kann in dem Montagekörper auch zumindest ein Hohlraum ausgebildet sein. Insbesondere kann der Montagekörper ein Kühlmedium umschließen.
Mittels eines solchen Montagekörpers kann in den Bauelementen erzeugte Wärme verbessert aus den Bauelementen abgeführt werden. Dies kann eine Erhöhung der Effizienz der Strahlungserzeugung bewirken. Der Montagekörper kann in diesem Fall beispielsweise als ein Wärmerohr (heat pipe) ausgeführt sein.
Weiterhin kann der Montagkörper das Kühlmedium vollständig umschließen, so dass ein geschlossener Kühlkreis entsteht. Alternativ kann der Montagekörper mit zumindest einer Zuleitung und einer Ableitung für das Kühlmedium versehen sein .
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest zwei Anschlussträger an dem Montagekörper befestigt. Insbesondere kann der Montagekörper zumindest zwei Seitenflächen aufweisen, an denen jeweils einer der Anschlussträger des Moduls befestigt ist. Die Seitenflächen können jeweils eine ebene Montagefläche für den Anschlussträger bilden.
Weiterhin bevorzugt verlaufen zwei Seitenflächen des Montagekörpers schräg oder parallel zueinander. Parallele Seitenflächen können insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten des Montagekörpers ausgebildet sein.
So können die Anschlussträger vereinfacht derart orientiert sein, dass die auf diesen Anschlussträgern angeordneten Bauelemente Strahlung in unterschiedliche Richtungen emittieren. Eine Durchmischung der von den Bauelementen abgestrahlten Strahlung mittels der strukturierten Reflektorfläche ist somit vereinfacht erzielbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung zeigt eine Flächennormale von zumindest einer Seitenfläche des Montagekörpers, auf der ein Anschlussträger angeordnet ist, von der Apertur weg. Mit anderen Worten beträgt ein Winkel zwischen der Flächennormale der Seitenfläche und der Aperturfläche vorzugsweise mindestens 90°. Auf diesem Anschlussträger angeordnete Bauelemente, deren Hauptabstrahlungsrichtung senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu dem Anschlussträger verläuft, strahlen somit derart ab, dass die Strahlung weitgehend vollständig oder zumindest zu einem überwiegenden Anteil erst nach einer Reflexion an der strukturierten Reflektorfläche durch die Apertur aus dem optoelektronischen Modul austritt. Die Homogenität der Abstrahlung des optoelektronischen Moduls wird so weitergehend erhöht.
Der Montagekörper weist vorzugsweise eine
Haupterstreckungsachse auf. Die Ausdehnung des Montagekörpers entlang der Haupterstreckungsachse ist vorzugsweise mindestens 1,5 mal so groß wie in eine zur
Haupterstreckungsachse senkrechte Richtung. Je größer die Ausdehnung des Montagekörpers entlang der
Haupterstreckungsachse ist, desto mehr Strahlungsemittierende Bauelemente können in Richtung der Haupterstreckungsachse nebeneinander angeordnet werden. Die insgesamt im optoelektronischen Modul erzeugbare Strahlungsleistung kann somit gesteigert werden.
In einer Ausgestaltungsvariante verläuft die Haupterstreckungsachse des Montagekörpers senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Apertur des Reflektors. In diesem Fall sind also Seitenflächen des Montagekörpers, die parallel zur Haupterstreckungsachse verlaufen, senkrecht beziehungsweise im Wesentlichen senkrecht zur Apertur des Reflektors orientiert. Bei einer Abstrahlung der Bauelemente mit einer Hauptabstrahlungsrichtung senkrecht zur Seitenfläche des Montagekörpers erfolgt die Abstrahlung also parallel zur Apertur des Reflektors, so dass die Strahlung überwiegend nicht direkt, sondern erst nach einer Umlenkung an dem Reflektor aus der Apertur austritt.
In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Modul einen weiteren Montagekörper mit einer weiteren Haupterstreckungsachse auf. Die weitere
Haupterstreckungsachse des weiteren Montagekörpers verläuft vorzugsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsachse des Montagekörpers. Das Modul kann also eine Mehrzahl von Montagekörpern aufweisen, die in einer parallel zur Apertur verlaufenden Ebene nebeneinander angeordnet sind. Beispielsweise können die Montagekörper zeilenartig nebeneinander in äquidistanten oder im Wesentlichen äquidistanten Abständen angeordnet sein. Auf diese Weise ist vereinfacht ein optoelektronisches Modul herstellbar, das eine längliche Apertur, beispielsweise eine Apertur mit einem Verhältnis von Länge zu Breite von mindestens 2:1, bevorzugt mindestens 4:1, aufweist.
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante verläuft die Haupterstreckungsachse des Montagekörpers parallel oder im Wesentlichen parallel zur Apertur des Reflektors. Hierbei ist der Anschlussträger vorzugsweise an einer Seitenfläche des Montagekörpers befestigt, deren Flächennormale von der Apertur des Reflektors weg zeigt. So ist auf einfache Weise gewährleistet, dass die in den Strahlungsemittierenden Bauelementen erzeugte Strahlung überwiegend erst nach einer Reflexion an dem strukturierten Reflektor aus der Apertur des optoelektronischen Moduls austritt .
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Montagekörper senkrecht zur Haupterstreckungsachse einen Querschnitt mit einer mehreckigen Grundform auf, beispielsweise eine viereckige Grundform mit abgeschrägten oder abgerundeten Kanten. Bei einer Grundform mit n Ecken kann der Montagekörper n, insbesondere ebene, Seitenflächen aufweisen, an denen jeweils ein Anschlussträger vereinfacht befestigbar ist. Insbesondere eignet sich eine ebene Seitenfläche besonders für die Befestigung eines starren Anschlussträgers.
Der Anschlussträger ist vorzugsweise als eine Leiterplatte, insbesondere als eine gedruckte Leiterplatte (printed circuit board) ausgeführt. Beispielsweise eignet sich eine Leiterplatte vom Typ FR2 oder FR4.
Eine Leiterplatte mit einem Metallkern (MCPCB, metal core printed circuit board) eignet sich aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit besonders als Anschlussträger, insbesondere für die Montage von Strahlungsemittierenden Bauelementen mit einer vergleichsweise hohen Leistungsaufnahme im Betrieb, beispielsweise mit einer Leistungsaufnahme von 0,2 W oder mehr.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Montagekörper segmentiert. Die Segmentierung erfolgt vorzugsweise entlang der Haupterstreckungsachse. Die Segmente des Montagekörpers können jeweils eine gleichartige Grundform aufweisen oder zumindest teilweise voneinander verschieden sein .
Der, insbesondere segmentierte, Montagekörper kann einstückig ausgebildet sein. So können die Segmente aus einem einzelnen Werkstück gefertigt sein. Alternativ kann auch eine mehrstückige Ausgestaltung, bei dem der Montagekörper mittels aneinander gefügter Segmente gebildet ist, vorgesehen sein.
Weiterhin bevorzugt weist ein erstes Segment des Montagekörpers eine Seitenfläche auf, die schräg zu einer Seitenfläche eines zweiten Segments ausgebildet ist.
Die Seitenflächen der Segmente, insbesondere benachbarter Segmente, können verdreht und/oder verkippt zueinander angeordnet sein. Die Hauptabstrahlungsrichtungen der auf diesen Anschlussträgern angeordneten Strahlungsemittierenden Bauelemente können somit vereinfacht in unterschiedliche Richtungen zeigen. Eine Durchmischung der von den Bauelementen abgestrahlten Strahlung zu einer homogenen Abstrahlung des optoelektronischen Moduls wird so weitergehend vereinfacht.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Montagekörper mittels Segmenten gebildet, die gleichartig ausgeführt sind und die bezüglich der Haupterstreckungsachse zueinander verdreht angeordnet sind. Beispielsweise können die Segmente jeweils einen Querschnitt mit mehreckiger, insbesondere rechteckiger, etwa quadratischer, Grundform aufweisen, wobei benachbarte Segmente bezogen auf die Haupterstreckungsachse gegeneinander verdreht angeordnet sind. Der Reflektor ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass er einen Fokus, etwa in Form eines Brennpunkts oder einer Brennlinie, aufweist. Die Bauelemente sind vorzugsweise derart im optoelektronischen Modul angeordnet, dass sich diese im Bereich des Fokus befinden. Je mehr Bauelemente in der Nähe des Fokus angeordnet sind, desto stärker kann die Abstrahlung des optoelektronischen Moduls durch die Apertur an eine Abstrahlung in Form eines reinen
Parallelstrahlenbündels angenähert sein. Beispielsweise kann der Reflektor im Querschnitt zumindest bereichsweise eine kreissegmentartige, elliptische oder parabolische Grundform aufweisen. Weiterhin kann eine gekrümmte Grundform des Reflektors zumindest bereichsweise durch geeignete gerade Teilbereiche angenähert sein.
Die Apertur des Reflektors, also die
Strahlungsaustrittsfläche des Reflektors, kann zumindest bereichsweise gekrümmt, beispielsweise kreisförmig oder elliptisch, oder mehreckig, beispielsweise rechteckig, ausgeführt sein.
In einer Ausgestaltungsvariante ist die Struktur des Reflektors mittels Strukturelementen gebildet, die insbesondere gleichartig ausgeführt sein können. Die Strukturelemente können insbesondere gekrümmt, etwa konkav oder konvex gekrümmt, ausgebildet sein. Beispielsweise können die Strukturelemente kugelsegmentartig ausgebildet sein. Davon abweichend können die Strukturelemente jeweils eben oder im wesentlichen eben ausgeführt, wobei die Normalen auf benachbarte Strukturelemente zweckmäßigerweise in voneinander verschiedene Richtungen zeigen. Mittels einer derartigen Struktur ist eine Durchmischung der von den Bauelementen abgestrahlten Strahlung zu einer homogenen Gesamtabstrahlung des optoelektronischen Moduls auf einfache Weise erzielbar.
Die laterale Ausdehnung der Strukturelemente ist in weiten Bereichen variierbar, wobei die laterale Ausdehnung insbesondere zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 10 cm wählbar ist.
Die Strukturierung kann beispielsweise in Form Mikrostrukturierung, etwa mit einer lateralen Ausdehnung von höchstens 50 μm, oder in Form einer, insbesondere für das menschliche Auge erkennbare, Makrostrukturierung ausgebildet sein .
In einer Weiterbildung liegt die laterale Ausdehnung der Strukturelemente im Bereich der Wellenlänge der vom optoelektronischen Modul erzeugten Strahlung. Insbesondere kann die laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 1 μm betragen. Bei einer derartigen lateralen Ausdehnung der Strukturelemente können optische Interferenzeffekte gezielt zur Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik des optoelektronischen Moduls genutzt werden .
In einer alternativen Ausgestaltungsvariante ist die Struktur des Reflektors unregelmäßig ausgebildet. Beispielsweise kann eine unregelmäßige Struktur mittels Aufrauung des Reflektors erfolgen. Gegenüber einem unstrukturierten Reflektor kann durch eine Strukturierung des Reflektors eine verbesserte Durchmischung an dem Reflektor erfolgen. Die Bauelemente sind vorzugsweise als oberflächenmontierbare Bauelemente (SMD-Bauelemente, surface-mounted device) ausgeführt, die weiterhin bevorzugt jeweils zumindest einen zur Erzeugung von, vorzugsweise inkohärenter, Strahlung vorgesehenen Halbleiterchip aufweisen. Derartige Bauelemente sind vereinfacht auf der vom Montagekörper abgewandten Seite des Anschlussträgers montierbar und kontaktierbar .
Alternativ können die Bauelemente ungehäuste Halbleiterchips sein, die direkt auf dem Anschlussträger montiert sind. Auf ein vorgefertigtes Gehäuse für den Halbleiterchip kann in diesem Fall verzichtet werden.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten des optoelektronischen Moduls ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren .
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul in schematischer Aufsicht,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht des optoelektronischen Moduls gemäß dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul in schematischer Seitenansicht,
Figur 4 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul in schematischer Aufsicht, die Figuren 5A und 5B ein viertes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul in schematischer Aufsicht (Figur 5A) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 5B) ,
die Figuren 6A und 6B ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul in schematischer Aufsicht (Figur 6A) und zugehöriger Schnittansicht (Figur 6B) , und
Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für einen Montagekörper.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß und/oder nicht mit dem richtigen Verhältnis zueinander dargestellt sein .
Ein erstes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul ist in Figur 1 anhand einer schematischen Aufsicht und in Figur 2 anhand einer Seitenansicht dargestellt. In Figur 2 ist der Reflektor zur verbesserten Darstellbarkeit der im Reflektor angeordneten Elemente bereichsweise nicht gezeigt.
Das optoelektronische Modul 1 weist einen Reflektor 4 mit einer strukturierten Reflektorfläche 41 auf. Eine Apertur 40 des Reflektors verläuft in Figur 1 parallel zur Zeichenebene. Weiterhin umfasst das optoelektronische Modul einen Montagekörper 5. Der Montagekörper 5 ist in lateraler Richtung von der Reflektorfläche 41 umgeben.
Eine Haupterstreckungsachse des Montagekörpers 5 verläuft parallel, vorzugsweise kollinear mit einer senkrecht zur Apertur des Reflektors stehenden Reflektorachse.
An dem Montagekörper 5 sind Anschlussträger 3 befestigt. Auf den Anschlussträgern 3 ist jeweils eine Mehrzahl von Bauelementen 2 angeordnet, die zur Erzeugung von Strahlung vorgesehen sind. Die Anzahl der Bauelemente kann je nach der von dem optoelektronischen Modul zu erzeugenden Strahlungsleistung in weiten Grenzen variiert werden. Hierbei muss auf den Anschlussträgern 3 nicht notwendigerweise jeweils die gleiche Anzahl von Bauelementen angeordnet sein.
Die Strahlungsemittierenden Bauelemente weisen jeweils eine Hauptabstrahlungsrichtung auf, die senkrecht zu den Anschlussträgern 3 verläuft. Die Bauelemente sind also derart an dem Montagekörper befestigt, dass die von den Bauelementen abgestrahlte Strahlung überwiegend auf die Reflektorfläche 41 des Reflektors 4 trifft und nach mindestens einer Reflexion an dieser Reflektorfläche durch die Apertur des Reflektors austreten kann.
Zumindest zwei Bauelemente des Moduls weisen im Betrieb des Moduls, insbesondere hinsichtlich deren Peak-Wellenlängen, voneinander verschiedene Abstrahleigenschaften auf, wobei die Abstrahleigenschaften der Bauelemente vorzugsweise derart gewählt sind, dass aus dem optoelektronischen Modul mischfarbige Strahlung, vorzugsweise für das menschliche Auge weiß erscheinende Strahlung, austritt. Ein derartiges Modul ist für die Allgemeinbeleuchtung besonders geeignet.
Beispielsweise kann das optoelektronische Modul im grünen Spektralbereich emittierende, im roten Spektralbereich emittierende und im blauen Spektralbereich emittierende Bauelemente aufweisen. Die von den Bauelementen abgestrahlte Strahlung wird mittels der Reflektorfläche 41, insbesondere mittels der Struktur der Reflektorfläche 41, durchmischt und in Richtung der Apertur des optoelektronischen Moduls umgelenkt. Auf diese Weise ist eine Abstrahlcharakteristik des Moduls erzielbar, die für das menschliche Auge einen homogenen mischfarbigen Eindruck, insbesondere einen homogenen Weiß-Eindruck, ergibt. Die einzelnen Bauelemente können jeweils Strahlung in nur einem Spektralbereich erzeugen. Mit anderen Worten ist mittels der strukturierten Reflektorfläche ein, insbesondere im Fernfeld des Moduls, homogener Weiß-Eindruck auch mit Bauelementen erzielbar, die selbst jeweils nur Strahlung in einem Spektralbereich emittieren .
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Struktur des Reflektors mittels gleichartigen Strukturelementen gebildet, die konvex gekrümmt, insbesondere kugelkalottenartig oder kugelsegmentartig, ausgebildet sind.
Auch eine andere Struktur, beispielsweise mit einer zumindest bereichsweise konkaven Krümmung der Strukturelemente oder mit jeweils zueinander schräg verlaufenden ebenen Flächen als Strukturelementen, kann Anwendung finden.
Die Strukturelemente können eine laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 10 mm aufweisen und somit in der Form einer Mikrostruktur oder einer Makrostruktur ausgebildet sein.
Insbesondere kann die laterale Ausdehnung der Strukturelemente im Bereich der Wellenlänge der vom optoelektronischen Modul abgestrahlten Strahlung liegen. Beispielsweise kann die laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 1 μm betragen. Auf diese Weise können optische Interferenzeffekte gezielt zur Einstellung der Abstrahlung des optoelektronischen Moduls genutzt werden.
Die Bauelemente des optoelektronischen Moduls 1 sind vorzugsweise im Bereich eines Fokus des Reflektors 4 angeordnet. Je größer die Anzahl der Bauelemente ist, die im Fokus oder zumindest in der Nähe des Fokus des Reflektors angeordnet sind, desto stärker gerichtet kann die Abstrahlung des Moduls, insbesondere senkrecht oder zumindest in einem kleinen Winkel zur Apertur des Reflektors, erfolgen. Eine gebündelte Abstrahlung ist so vereinfacht realisiert.
Der Montagekörper 5 des optoelektronischen Moduls kann entlang der Haupterstreckungsachse segmentiert sein. Dies ist in Figur 1 anhand von gestrichelt dargestellten Segmenten 55 angedeutet. Als Beispiel für einen mehreckigen Querschnitt weisen die Segmente 55 jeweils einen quadratischen Querschnitt auf. Die Segmente sind bezogen auf die Haupterstreckungsachse des Montagekörpers zueinander verdreht. Die an den Seitenflächen der gestrichelt dargestellten Segmente 55 angeordneten Anschlussträger mit den zugehörigen Bauelementen sind in Figur 1 zur verbesserten Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt. Der Montagekörper 5 weist zweckmäßigerweise eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Beispielsweise kann der Montagekörper ein Metall, etwa Aluminium oder Kupfer, enthalten oder aus einem Metall bestehen. Alternativ oder ergänzend kann der Montagekörper eine Keramik, etwa Aluminiumnitrid oder Bornitrid, enthalten oder aus einer Keramik bestehen.
Der Montagekörper kann als ein massiver Körper ausgebildet sein. Davon abweichend kann der Montagekörper auch eine innere Struktur (nicht explizit dargestellt) aufweisen, die beispielsweise ein Kühlmedium umschließen kann. Beispielsweise kann der Montagekörper als ein Wärmerohr ausgeführt sein.
An den Seitenflächen 51 des Montagekörpers 5 sind die Anschlussträger 3 jeweils mittels eines wärmeleitenden Verbindungsmittels 6 befestigt. Das Verbindungsmittel kann beispielsweise mittels einer Wärmeleitpaste oder einer Wärmeleitfolie, beispielsweise eine Graphitfolie, gebildet sein .
Die Anschlussträger sind vorzugsweise jeweils als eine Leiterplatte ausgeführt. Beispielsweise eignet sich eine Leiterplatte vom Typ FR2 oder FR4. Eine Leiterplatte mit einem Metallkern (MC-PCB) ist aufgrund der hohen thermischen Leitfähigkeit besonders geeignet. Die von den Bauelementen im Betrieb erzeugte Wärme kann so besonders effizient durch die Anschlussträger hindurch zum Montagekörper hin abgeführt werden .
Als Strahlungsemittierende Bauelemente 2 eignen sich insbesondere LED-Bauelemente. Vorzugsweise sind die LED-Bauelemente als oberflächenmontierbare Bauelemente ausgeführt. Die Befestigung der Bauelemente und die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem jeweiligen Anschlussträger kann so auf der dem Montagekörper abgewandten Seite des Anschlussträgers 3 erfolgen.
Die Seitenflächen 51 des Montagekörpers 5, an denen die Anschlussträger 3 befestigt sind, weisen jeweils eine Flächennormale auf, die parallel zur Apertur verläuft. Auf diese Weise ist vereinfacht gewährleistet, dass auf den jeweiligen Anschlussträgern befestigte Bauelemente Strahlung vorwiegend derart abstrahlen, dass die Strahlung erst nach einer Reflexion an der Reflektorfläche 41 des Reflektors 4 aus der Apertur austritt. Die Durchmischung der von den Bauelementen abgestrahlten Strahlung zu einem homogenen Gesamteindruck in einem großen Abstand zur Apertur wird so weitergehend vereinfacht.
Wie in Figur 2 zu sehen, weist das optoelektronische Modul einen außerhalb des Reflektors 4 angeordneten Kühlkörper 8 auf, an dem der Montagekörper befestigt ist. Der Kühlkörper kann die im Betrieb des Moduls erzeugte Wärme aufnehmen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Montagekörper 5 durch den Reflektor 4 hindurch. Auf diesen außerhalb des Reflektors 4 angeordneten Kühlkörper kann davon abweichend aber auch verzichtet werden.
Weiterhin kann der Reflektor von dem gezeigten ersten Ausführungsbeispiel abweichend auch andere geometrische Grundformen aufweisen. Beispielsweise kann der Reflektor eine elliptische Grundform besitzen. Auch eine Ausbildung des Reflektors 4 gemäß einem Segment eines Rotationsparaboloiden kann Anwendung finden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul ist in Figur 3 schematisch in einer Schnittansicht dargestellt .
Dieses zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist der Reflektor 4 eine gekrümmte Form auf, wobei die Krümmung des Reflektors lokal variiert.
Weiterhin weist der Montagekörper 5 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel eine dreieckige Grundform auf, wobei an nur zwei Seitenflächen 51 des Montagekörpers jeweils ein Anschlussträger 3 befestigt ist.
Diese beiden Seitenflächen sind diejenigen Seitenflächen, deren Flächennormale zu der Reflektorfläche 41 des Reflektors 4 hin zeigt. Die Seitenfläche des Montagekörpers 5, deren Flächennormale zur Apertur des Reflektors hin zeigt, ist dagegen frei von einem Anschlussträger. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die auf den Anschlussträgern angeordneten Bauelemente überwiegend derart abstrahlen, dass die Strahlung vor dem Austritt aus der Apertur des Reflektors zunächst an der Reflektorfläche umgelenkt wird und so, insbesondere aufgrund der Struktur der Reflektorfläche, durchmischt wird. Selbstverständlich kann der Montagekörper eine von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichende Grundform, beispielsweise eine Grundform mit vier oder mehr Ecken, aufweisen . Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul ist in Figur 4 in schematischer Aufsicht dargestellt. Dieses dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit Figur 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu ist die Struktur des Reflektors 4 unregelmäßig ausgebildet. Eine unregelmäßige Strukturierung kann beispielsweise mittels Aufrauung erzielt werden. Beispielsweise kann ein Grundkörper des Reflektors aufgeraut und nachfolgend mit einer hoch reflektierenden Beschichtung, beispielsweise einer metallischen Beschichtung, versehen werden. Alternativ kann der Grundkörper des Reflektors 4 bereits selbst hoch reflektierend ausgeführt sein und mittels einer Aufrauung strukturiert werden.
Eine derartig strukturierte Reflektorfläche ist auf einfache Weise herstellbar.
Ein viertes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul ist in den Figuren 5A und 5B in schematischer Aufsicht (Figur 5A) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie AA' (Figur 5B) dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied hierzu weist der Montagekörper 5 wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben eine dreieckige Grundform auf.
Davon abweichend kann selbstverständlich auch eine andere, insbesondere mehreckige, beispielsweise viereckige, Grundform Anwendung finden. Weiterhin ist die Apertur 40 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel länglich, insbesondere rechteckförmig ausgebildet .
In der Aufsicht ist zur verbesserten Darstellbarkeit lediglich der Montagekörper 5, nicht jedoch die an dem Montagekörper befestigten Anschlussflächen 3 und die zugehörigen Bauelemente 2, dargestellt.
Eine Haupterstreckungsachse des Montagekörpers 5 verläuft entlang einer Brennlinie des Reflektors 4. Die Brennlinie verläuft parallel zur Apertur 40 des optoelektronischen Moduls, also senkrecht zur Schnittebene der Figur 5B.
Die Haupterstreckungsachse des Montagekörpers verläuft also parallel zur Apertur des Reflektors.
Die Anschlussträger 3 sind jeweils wiederum derart relativ zum Reflektor 4, insbesondere zur Apertur 40 orientiert, dass die auf den Anschlussträgern 3 angeordneten Bauelemente 2 jeweils eine Hauptabstrahlungsachse aufweisen, die zur Apertur des Reflektors einen Winkel von mindestens 90° aufweisen .
So ist gewährleistet, dass die abgestrahlte Strahlung überwiegend zunächst auf die Reflektorfläche 41 trifft und erst nach einer Durchmischung an der Reflektorfläche aus der Apertur 40 austritt. Auf diese Weise ist ein optoelektronisches Modul herstellbar, bei dem die durch eine längliche Apertur austretende Strahlung im Fernfeld eine hohe Homogenität aufweist. Ein fünftes Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Modul ist anhand der Figuren 6A und 6B in schematischer Aufsicht (Figur 6A) und zugehöriger Schnittansicht entlang der Linie AA' (Figur 6B) dargestellt.
Dieses fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Apertur des optoelektronischen Moduls, wie im Zusammenhang mit den Figuren 5A und 5B beschrieben, länglich ausgebildet ist.
Im Unterschied zu dem im Zusammenhang mit Figuren 5A und 5B beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel weist das optoelektronische Modul 1 zusätzlich zu dem Montagekörper 5 zwei weitere Montagekörper 50 auf. Die Montagekörper 5, 50 weisen jeweils eine Haupterstreckungsachse auf, die senkrecht zur Apertur des optoelektronischen Moduls und weiterhin parallel zueinander verlaufen. An den Montagekörpern 5 sind jeweils an zwei gegenüberliegenden Montageflächen 51 Anschlussträger 3 mit darauf befestigten Bauelementen 2 angeordnet .
Die Normalen der Seitenflächen verlaufen jeweils parallel zur Apertur des Reflektors 4.
Die Montagekörper 5, 50 sind hierbei entlang einer Brennlinie des Reflektors 4 nebeneinander angeordnet. Auf diese Weise ist vereinfacht eine Abstrahlcharakteristik erzielbar, bei der die Strahlung nach Reflexion an der strukturierten Reflektorfläche 41 überwiegend in einem vergleichsweise kleinen Winkel zu einer Normalen auf die Apertur 40 des Reflektors 4 aus dem optoelektronischen Modul austritt. Ein Ausführungsbeispiel für einen Montagekörper ist in Figur 7 in perspektivischer schematischer Darstellung gezeigt.
Der Montagekörper 5 weist eine Mehrzahl von Segmenten 55 auf, die entlang einer Haupterstreckungsachse des Montagekörpers aneinander angrenzen. Die Segmente 55 sind jeweils gleichartig ausgebildet und weisen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Querschnitt jeweils eine quadratische Grundform auf, wobei die so entstehenden Quader der Segmente 55 jeweils abgeschrägte Kanten aufweisen.
Der Montagekörper 5 ist vorzugsweise einstückig ausgeführt. Davon abweichend kann der Montagekörper auch mehrstückig ausgebildet sein.
Bezogen auf die Haupterstreckungsachse sind zwei benachbarte Segmente, beispielsweise ein erstes Segment 551 und ein zweites Segment 552, jeweils gegeneinander verdreht angeordnet. Eine Seitenfläche 553 des ersten Segments 551 steht somit schräg zu einer Seitenfläche 554 des zweiten Segments 552. Von dem gezeigten Ausführungsbeispiel abweichend können die Seitenflächen 51 der Segmente auch alternativ oder ergänzend gegeneinander verkippt sein.
Die Seitenflächen 51 der Segmente 55 sind vorzugsweise jeweils eben ausgeführt. Eine Befestigung von, insbesondere starren, Anschlussträgern wird dadurch vereinfacht. Selbstverständlich können die Segmente im Querschnitt auch in einer anderen Grundform, insbesondere einer mehreckigen Grundform mit einer von vier abweichenden Anzahl von Ecken, beispielsweise mit drei, fünf oder sechs Ecken, ausgeführt sein . 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102009010213.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Modul (1) mit einem Reflektor (4), der eine Apertur (40) und eine strukturierte Reflektorfläche (41) aufweist, und mit zumindest zwei Anschlussträgern (3), auf denen jeweils zumindest ein zur Erzeugung von Strahlung vorgesehenes Bauelement (2) angeordnet ist, wobei
- die Anschlussträger (3) zumindest teilweise im Inneren des Reflektors angeordnet sind;
- zumindest zwei Bauelemente des Moduls im Betrieb des Moduls voneinander verschiedene Abstrahleigenschaften aufweisen, wobei den zwei Bauelementen jeweils eine Hauptabstrahlungsrichtung zugeordnet ist; und
- die von den Bauelementen entlang ihrer jeweiligen Hauptabstrahlungsrichtung abgestrahlte Strahlung zumindest teilweise mittels der strukturierten Reflektorfläche in Richtung der Apertur umgelenkt wird.
2. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1, bei dem die zwei Bauelemente für die Erzeugung von Strahlung mit Peak-Wellenlängen in unterschiedlichen Spektralbereichen vorgesehen sind.
3. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Modul einen Montagekörper (5) aufweist, an dem zumindest einer der Anschlussträger befestigt ist.
4. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 3, bei dem der Montagekörper ein Kühlmedium umschließt.
5. Optelektronisches Modul nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Montagekörper zumindest zwei Seitenflächen (51) aufweist, an denen jeweils einer der Anschlussträger des Moduls befestigt ist.
6. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem eine Flächennormale von zumindest einer Seitenfläche des Montagekörpers, auf der ein Bauelement angeordnet ist, von der Apertur weg zeigt.
7. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Montagekörper eine Haupterstreckungsachse aufweist, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Apertur des Reflektors verläuft.
8. Optoelektronisches Modul nach Anspruch 7, bei dem das Modul einen weiteren Montagekörper (50) mit einer weiteren Haupterstreckungsachse aufweist, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsachse des Montagekörpers verläuft.
9. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Montagekörper eine Haupterstreckungsachse aufweist, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur Apertur des Reflektors verläuft.
10. Optoelektronisches Modul nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Montagekörper senkrecht zur Haupterstreckungsachse einen mehreckigen Querschnitt aufweist.
11. Optoelektronisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 10, bei dem der Montagekörper entlang der Haupterstreckungsachse segmentiert ist, wobei ein erstes Segment (551) zumindest eine Seitenfläche (553) aufweist, die schräg zu einer Seitenfläche (554) eines zweiten Segments (552) ausgebildet ist .
12. Optoelektronisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Reflektor einen Fokus aufweist und die Bauelemente im Bereich des Fokus angeordnet sind.
13. Optoelektronisches Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Struktur des Reflektors mittels gleichartigen Strukturelementen gebildet ist.
14. Optoelektronisches Modul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Strukturelemente kugelsegmentartig ausgeführt sind und eine laterale Ausdehnung zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 1 μm aufweisen.
15. Optoelektronisches Modul nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Struktur des Reflektors unregelmäßig ausgebildet ist .
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