WO2005034251A2 - Verfahren zum herstellen eines lichtleitenden led-körpers in mindestens zwei fertigungsstufen - Google Patents
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Definitions
- the larger end face diameter of the truncated cone (16) measures approximately 5 mm in the exemplary embodiment. It is called the base size.
- the taper of the truncated cone (16) is, for example, 20% of the basic size.
- the total height of the LED part body (10) corresponds to approx. 180% of the basic size.
- the height of the cylinder (11), which is a flange-like collar with respect to its radius over the conical survives bluntly by approx. 10% of the basic size, eats approx. 30% of the basic size.
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Abstract
Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern in mindestens zwei Fertigungsstufen, wobei ein erster LED-Teilkörper (10) mindestens einen lichtemittierenden Chip (6) und mindestens zwei - mit dem Chip elektrisch verbundene - Elektroden (1, 4) umfasst und wobei ein zweiter LED-Teilkörper (20) den ersten zumindest bereichsweise umgibt. Dazu ist der erste, innere LED-Teilkörper (10) in einem Bereich, der vom zweiten, äusseren LED-Teilkörper (20) umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung (30,40,50,60) oder mindestens einer Taille (70) ausgestattet. Dabei liegt die Ausnehmung (30,40,50,60) oder die Taille (70) unterhalb einer Ebene (7), die durch den Schwerpunkt des Chips (6) verläuft und normal zur Mittellinie (18) des ersten LED-Teilkörpers (10) orientiert ist. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern entwickelt, bei dem die LED-Teilkörper sicher miteinander verbunden sind.
Description
Verfahren zum Herstellen eines lichtleitenden LED-Körpers in mindestens zwei Fertigungsstufen
Beschreibung:
Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern in mindestens zwei Fertigungsstufen, wobei ein erster LED-Teilkörper mindestens einen lichtemittierenden Chip und mindestens zwei - mit dem Chip elektrisch verbundene - Elektroden umfasst und wobei ein zweiter LED-Teilkörper den ersten zumindest bereichsweise umgibt.
Aus der DE 101 63 116 ist ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Leuchtdioden bekannt. Der erste, innere LED-Teilkörper wird hier im zweiten, äußeren LED-Teilkörper mittels Kraftschluss, einer Klebeverbindung oder einer Kombination hieraus gehalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern zu entwickeln, bei dem bei üblichen Leistungen der bekannten
Spritz- oder Gießvorgänge die LED-Teilkörper sicher miteinander verbunden sind.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu ist der erste, innere LED-Teilkörper in einem Be- reich, der vom zweiten, äußeren LED-Teilkörper umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung oder mindestens einer Taille ausgestattet. Dabei liegt die Ausnehmung oder die Taille unterhalb einer Ebene, die durch den Schwerpunkt des Chips verläuft und normal zur Mittel- linie des ersten LED-Teilkörpers orientiert ist.
Das Verfahren ermöglicht eine formschlüssige, sichere Verbindung zwischen zwei in separaten Schritten, z.B. zeitlich und räumlich getrennt herstellbaren LED-Teilkörpern, wobei ein Teilkörper den anderen zumindest bereichsweise hintergreift. Der vorgesehene Hintergriff macht eine Demontage der Teilkörper unmöglich. Der an mindestens einem Teilkörper vorgesehene Hintergriff kann auch zur Montage zweier fertiger LED-Teilkörper verwendet werden.
Das Verfahren ist auch auf Lumineszenzdioden mit mehreren Chips und Elektroden anwendbar.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von mehreren schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
Figur 1: LED in der Seitenansicht mit einer kanalartigen Kerbe in dem inneren LED-Teilkörper; Figur 2: Wie Figur 1, jedoch mit einer Kerbe mit halbrundem Querschnitt; Figur 3: Wie Figur 2, jedoch mit einer asymmetrischen Kerbe;
Figur 4 Wie Figur 2, jedoch mit umlaufender Taille; Figur 5 Draufsicht mit gerader kanalartiger Kerbe; Figur 6 Draufsicht mit gekrümmter Kerbe.
Die Figuren 1 bis 6 zeigen eine LED, deren lichtleitender Körper in mindestens zwei getrennten Fertigungsschritten beispielsweise spritzgusstechnisch hergestellt wird.
In einem ersten Schritt wird ein LED-Teilkörper (10) hergestellt. Letzterer hat beispielsweise eine geometrische Form, die im Wesentlichen aus drei übereinander angeordneten Geometriekörpern besteht. Der erste Geometriekörper ist ein kurzer, zumindest annähernd gerader Zylinder (11), der z.B. nach den Figuren 5 und 6 zwei ebene Abflachungen (14, 15) aufweist. Die Abflachungen (14, 15) sind hierbei parallel zur LED-Längsachse (18) und schließen untereinander einen rechten Winkel ein. Der zweite Geometriekörper ist ein auf der oberen Stirnfläche (13) des Zylinders (11) angeordneter Kegelstumpf (16) , der sich vom Zylin- der (11) weg verjüngt. Der dritte Geometriekörper ist eine Kalotte (17) bzw. eine fast halbkugelige Kappe, die auf der oberen, kleineren Stirnfläche des Kegelstumpfes positioniert ist. Die Mantellinie des Kegelstumpfes geht dabei tangential in die Kontur der Kalotte (17) über. Die obere Stirnfläche (13) des Zy- linders (11) ist größer als die untere Stirnfläche des Kegelstumpfes (16) . Die Mittellinien des Zylinders (11) und des Kegelstumpfes (16) liegen auf der LED-Mittellinie (18) .
Der größere Stirnflächendurchmesser des Kegelstumpfes (16) misst im Ausführungsbeispiel ca. 5 mm. Er wird als Basisgröße bezeichnet. Die Verjüngung des Kegelstumpfes (16) beträgt z.B. 20% der Basisgröße. Die Gesamthöhe des LED-Teilkörpers (10) entspricht ca. 180% der Basisgröße. Die Höhe des Zylinders (11) , der als flanschartiger Kragen bezüglich seines Radius über den Kegel-
stumpf um ca. 10% der Basisgröße übersteht, isst ca. 30% der Basisgröße.
Der LED-Teilkörper (10) umgibt in der Regel die in einer Ebene liegenden elektrischen Anschlüsse (1, 4) , den lichtemittierenden Chip (6), einen Bonddraht (2) und eine Reflektorwanne (5) bzw. einen Pfosten. Die Reflektorwanne (5) oder der Pfosten ist z.B. Teil der Kathode (4) . In der Reflektorwanne (5) oder auf dem Pfosten sitzt der Chip (6). Der Chip (6) kontaktiert über den Bonddraht (2) die Anode (1) . Der Bonddraht (2) liegt dabei vorzugsweise in der Ebene, die von den Mittellinien der Elektroden (1, 4) aufgespannt wird. Die oberhalb des Chips liegende Zone transportiert das vom Chip (6) emittierte Licht möglichst verlustfrei zur Außenfläche des Teils (10) .
Unterhalb einer durch den Schwerpunkt des Chips (6) verlaufenden Ebene (7) und oberhalb der oberen Stirnfläche (13) des kurzen Zylinders (11) befindet sich ein gerader, nutförmiger Kanal (30). Der Kanalgrund (31) liegt in einer Ebene, die parallel zur LED-Mittellinie (18) orientiert ist. Die Ebene ist z.B. um ca. 25% der Basisgröße von der Mittellinie (18) entfernt und ist ggf. zusätzlich parallel zu einer der optional am kurzen Zylinder (11) angeordneten Abflachungen (14, 15) . Die untere Seitenwand (32) des Kanals (30) liegt z.B. in der Stirnfläche (13). Die obere Seitenwand (33) ist von dieser beispielsweise um die zweifache minimale Kanaltiefe entfernt.
In Figur 6 ist ein Kanal (40) dargestellt, dessen Grund (41) sichelförmig gekrümmt ist. Der Krümmungsradius des Grundes (41) ist hierbei größer als die halbe Basisgröße.
Die Figur 2 zeigt einen Kanal (50) mit einem halbrunden Querschnitt. Die tiefste Stelle des Kanals (50) ist von der Mittel-
linie (18) z.B. 25% der Basisgröße entfernt. Die Breite des Kanals (50) entspricht der des Kanals (40) .
Nach Figur 3 ist der Kanal eine Kerbe (60) mit einem dreieckigen Querschnitt, wobei die obere Kerbenfläche (63) ein Teil eines Zylindermantels ist. Die andere Kerbenfläche (62) liegt in der Fläche (32) aus Figur 1.
Figur 4 zeigt einen LED-Teilkörper (10) , der eine rotationssym- metrische Taille (70) hat. Die Taille (70) hat einen dreieckigen Einzelquerschnitt, der sich im Wesentlichen aus einem Kreisbogen (74) und einer Geraden (73) zusammensetzt.
Der zweite LED-Teilkörper (20) umfasst den ersten LED-Teilkör- per (10) zumindest im Bereich der LED-Hauptlichtaustrittsflache . Im Ausführungsbeispiel besteht er aus einer Kombination aus einem geraden, langen Zylinder (21) und aus einem daran angeordneten abgestumpften Rotationsparaboloid (22). Die obere hier z.B. ebene Stirnfläche des abgestumpften Paraboloids (22), die normal zur Mittellinie (18) der Lumineszenzdiode ausgerichtet ist, bildet die Hauptlichtaustrittsflache (24) . Im Brennpunkt des Paraboloids (22), vgl. doppelstrichpunktierte Parabel (23), liegt der Chip (6) . Der Übergang zwischen dem langen Zylinder (31) und dem Paraboloid (22) liegt oberhalb der Ebene (7) . Der äußere LED-Teilkörper (20) umschließt hier den inneren Teilkörper (11) auf allen Seiten mit Ausnahme der unteren Stirnfläche (12) .
Da der äußere LED-Teilkörper (20) um den anderen (10) in einer Spritzgussform umspritzt wird, entsteht bei der entsprechenden Werkstoffkombination eine verschmolzene Einheit ohne Gaseinschlüsse, bei der der zweite, später hinzugefügte Werkstoff (9) den anderen - schon formsteifen Werkstoff (8) - während der Erstarrungsphase zumindest in den Oberflächenbereichen anlöst.
Bei Werkstoffpaarungen die kein gegenseitiges Anlösen ermöglichen umgreift der Werkstoff (9) des äußeren Teilkörpers (20) den des inneren (10) kraft- und formschlüssig.
Beide Teilkörper (10, 20) können z.B. auch aus dem selben Werk- stoff gefertigt sein.
Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der Ausnehmung (30-70) und der jeweiligen Gegenkontur, sowie der Auswahl eines Werkstoffes (8, 9) mit ausreichender Elastizität, können die LED- Teilkörper (10, 20) auch separat voneinander gefertigt werden, um dann mit oder ohne Zuhilfenahme eines Klebstoffes verrastend zusammengesteckt zu werden.
Auch der zweite, äußere LED-Teilkörper (20) kann als Hintergriff nutzbare Ausnehmungen und/oder Taillen aufweisen. Hierbei können diese Ausnehmungen und/oder Taillen sowohl nach innen - also zum inneren Teilkörper (10) hin - oder nach außen orientiert sein. Im letzteren Fall kann mit den derart entstandenen Hintergriffsmöglichkeiten die fertige LED in andere lichtleitende oder lichtabgebende Baugruppen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste:
1 Anschluss, Anode, Elektrode 2 Bonddraht , Aludraht 4 Anschluss, Kathode, Elektrode 5 Reflektorwanne, Pfosten 6 Chip 7 Ebene durch Chipschwerpunkt 8 Werkstoff für inneren LED-Teilkörper 9 Werkstoff für äußeren LED-Teilkörper
10 LED-Teilkörper, innen; Lumineszenzdiode, Diode
11 Zylinder, flanschartiger Kragen 12 Stirnfläche, unten
13 Stirnfläche, oben 14, 15 Abflachungen
16 Kegelstumpf, Außenkontur
17 Kalotte 18 LED-Mittellinien, LED-Längsachsen
20 LED-Teilkörper, außen
21 Zylinder, lang 22 Paraboloid, abgestumpft
23 Parabel, doppelstrichpunktiert
24 Hauptlichtaustrittsflache, Stirnfläche zu (22
30 Kanal, nutförmig, gerade
31 Kana1grund
32 Seitenwand, unten
33 Seitenwand, oben
Kanal, nutförmig, gekrümmt Kanalgrund, Teil eines Zylindermantels
Kanal
Kerbe Seitenwand, unten Seitenwand, Teil eines Zylindermantels
Taille gerade Querschnittskante kreisbogenförmige Querschnittskante
Claims
1. Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden LED-Körpern in mindestens zwei Fertigungsstufen, wobei ein erster LED-Teil- körper mindestens einen lichtemittierenden Chip und mindestens zwei - mit dem Chip elektrisch verbundene - Elektroden umfasst und wobei ein zweiter LED-Teilkörper den ersten zumindest bereichsweise umgibt, dadurch gekennzeichnet,
- dass der erste, innere LED-Teilkörper (10) in einem Bereich, der von dem zweiten, äußeren LED-Teilkörper (20) umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung (30 - 60) oder mindestens einer Taille (70) ausgestattet ist, wobei die Ausnehmung (30 - 60) oder die Taille (70) unterhalb einer Ebene (7) liegt, die durch den Schwerpunkt des Chips (6) verläuft und normal zur Mittellinie (18) des ersten LED-Teilkörpers (10) orientiert ist.
2. Vorrichtung zur Herstellung nach dem Verfahren aus An- Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ausnehmung (30 - 70) mindestens eine Tiefe hat, die 5% des LED- Durchmessers im Bereich der Ebene (7) entspricht.
3. Vorrichtung zur Herstellung nach dem Verfahren aus Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30 - 70 ] an oder oberhalb der unteren Stirnfläche (12) des LED-Teilkörpers (10) angeordnet ist.
4. Lichtleitender LED-Körper, der einen LED-Teilkörper mit einem lichtemittierenden Chip mit mindestens zwei - mit dem Chip elektrisch verbundene - Elektroden umfasst und wobei ein zweiter LED-Teilkörper den ersten zumindest bereichsweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, innere LED-Teilkörper (10) in einem Bereich, der von dem zweiten, äußeren LED-Teilkörper (20) umgeben und hintergriffen wird, mit mindestens einer kerben- oder kanalartigen Ausnehmung (30 - 60) oder mindestens ei- ner Taille (70) ausgestattet ist, wobei die Ausnehmung (30 - 60) oder die Taille (70) unterhalb einer Ebene (7) liegt, die durch den Schwerpunkt des Chips (6) verläuft und normal zur Mittellinie (18) des ersten LED-Teilkörpers (10) orientiert ist, und - dass der äußere LED-Teilkörper (20) mindestens eine nach außen hin orientierte Ausnehmung und/oder Taille aufweist.
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