WO2013124243A1 - Led-anordnung - Google Patents

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WO2013124243A1
WO2013124243A1 PCT/EP2013/053193 EP2013053193W WO2013124243A1 WO 2013124243 A1 WO2013124243 A1 WO 2013124243A1 EP 2013053193 W EP2013053193 W EP 2013053193W WO 2013124243 A1 WO2013124243 A1 WO 2013124243A1
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led
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recess
arrangement
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Thomas Preuschl
Axel Kaltenbacher
Elmar Baur
Michael HÖGE
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Osram GmbH
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Osram GmbH
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    • H10H20/858—Means for heat extraction or cooling
    • H10H20/8582—Means for heat extraction or cooling characterised by their shape

Definitions

  • the invention is based on an LED arrangement according to the preamble of patent claim 1.
  • the object of the present invention is to provide an LED arrangement which allows beam shaping of the LED light in a more compact and less expensive embodiment.
  • the LED array according to the invention comprises at least egg ⁇ ne LED and a substrate, the Minim ⁇ least having on an upper surface a recess wherein the at least one LED disposed in the recess.
  • the recess includes side surfaces that are reflective to reflect radiation emitted by the at least one LED.
  • several LEDs in be arranged in the recess or individual LEDs in je ⁇ Weils a recess or multiple LEDs in several wells.
  • At least one side surface of the recess is formed as a chamfer ⁇ .
  • the inclination of this bevel can vary and thus be adapted to the desired radiation behavior of the at least one LED.
  • This preferred embodiment of the side surfaces of the depression is particularly easy to manufacture and allows for a very effi ⁇ tient beam shaping.
  • a surface of the upper side of the substrate is designed to be reflective.
  • the light of the at least one LED does not apply exclusively to the reflective formed side surfaces of the recess, but also to other areas of the surface of the substrate, it is advantageous for the entire surface of the top of the substrate or at least ei ⁇ NEN partial region in which the at least a LED is angeord ⁇ net, form reflective.
  • the substrate comprises a plurality of layers which are electrically conductive, in particular have the electrically conductive conductor tracks and / or surfaces.
  • the substrate may comprise a plurality of layers, in particular dielectric layers, which are electrically insulating.
  • the base of the recess is a layer of electrically conductive tracks and / or surfaces on which the at least one LED is angeord ⁇ net.
  • At least one electrical component can be embedded in the substrate.
  • the at least one electrical component in the electrically insulating, in particular dielectric layer having at least one recess and be disposed on a layer with electrically conductive traces and / or surfaces that adjoins the dielectric layer at ⁇ .
  • a high degree of integration of the arrangement can be achieved. It is particularly advantageous especially larger components, embedded in the uppermost insulating layer which forms the side portions of Vertie ⁇ Fung, to use the available space in the substrate for embedding electrical components effectively. In this case, areas in the insulating layers can be kept free for the embedding of building elements.
  • at least one electrical component can be arranged on a lower side of the substrate on a layer with electrically conductive conductor tracks and / or surfaces. This also contributes to a higher degree of integration and a more compact arrangement.
  • the at least one electrical component may be a printed resistance and / or inductance and / or capacity and / or a surface mounted Bauele ⁇ ment and / or a controller chip.
  • all components necessary for operating and controlling the at least one LED can be arranged on, under or within the substrate, so that a very compact and cost-effective controllable LED arrangement with smallest form factors is provided, which is suitable for autonomous operation, in particular for a direct connection to a power grid without additional external components, as in ⁇ example, an additional power supply is designed.
  • the substrate may comprise a plug and / or a mating face, by means of which the LED arrangement can be connected directly to a power supply.
  • the substrate environmentally summarizes thermal paths, which are perpendicular, extend to the layers of the substrate and formed of a thermally conductive material, insbesonde- re copper and / or a polymer transversely insbeson ⁇ particular. These are preferably arranged in the areas with the highest heat ⁇ development, in particular in a region below the at least one LED. Short description of the drawing
  • FIGURE shows a schematic representation of an LED arrangement with a reflector integrated in the substrate according to an embodiment of the invention.
  • the figure shows a schematic representation of an LED arrangement 10 with a reflector 14 integrated in the substrate according to an embodiment of the invention.
  • the upper side of the substrate 14 is formed with a depression in which the LEDs 12 are arranged.
  • the side surfaces of the recess are formed as reflective chamfers 16.
  • the upper side of the substrate 14 simultaneously acts as a reflector.
  • the base of the recess and portions of the remaining surface of the upper surface of the substrate are reflective formed to ensure optimum Ab ⁇ radiation behavior to reduce radiation losses and to avoid unnecessary additional heating of the substrate by radiation absorption.
  • the outer layer in particular of the copper and / or the dielectric, is laminated, the printed conductors are etched and the end surface is applied.
  • the end ⁇ surface for example, acrylic paints, Ti tanoxid, Silikonvergusse or silver plating may be used.
  • a protective layer in particular of imides, lacquers or polymers, can be applied.
  • the substrate 14 comprises several electrically conductive layers 22 and electrically insulating layers 20.
  • the electrically conductive layers 22 are in particular layers comprising printed conductors and / or conductive surfaces, which are preferably formed from copper.
  • thermal vias vertical interconnect access
  • they are filled with copper, are closed when playing ⁇ by electrolytic copper plating of the vias until it completely with copper, or they may be filled for ease of manufacture with a polymer.
  • electrical components 26 such as printed resistors, capacitors, Indukti ⁇ vities, surface mounted components and control chips, on, below and within the substrate 14 angeord ⁇ net be.
  • the space in the reflector forming upper layer of the substrate 14 can be used to integrate electrical components 26.
  • a plug can also be embedded in the substrate 14.
  • the LED assembly 10 By virtue of a compact arrangement of all the electrical components 26 required for operation and control of the LED arrangement 10, and / or underside of the substrate 14 and / or in the inner layers an autonomous operation of the LED array 10 by direct connection to a power grid without additional external components, such as a power supply possible.
  • a number of LEDs are provided, which are designed for a total operating voltage of preferably 110V to 220V.
  • the LED assembly 10 may include insulation to the outside to ensure contact safety.

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  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine LED-Anordnung (10) mit integriertem Reflektor, die somit in einer kostengünstigeren und vor allem kompakteren Ausgestaltung eine Strahlformung des abgestrahlten LED-Lichts ermöglicht. Die erfindungsgemäße LED-Anordnung (10) umfasst mindestens eine LED (12) und ein Substrat (14), das an einer Oberseite mindestens eine Vertiefung aufweist, wobei die mindestens eine LED (12) in der Vertiefung angeordnet ist. Die Vertiefung umfasst Seitenflächen, die reflektierend ausgebildet sind, um eine von der mindestens einen LED (12) emittierte Strahlung zu reflektieren.

Description

Beschreibung
LED-Anordnung
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer LED-Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Im Stand der Technik sind LED-Lichtquellen bekannt, die zur Strahlformung Optiken, wie beispielsweise Reflekto¬ ren, verwenden, die allerdings den Nachteil besitzen, dass sie relativ groß und teuer sind.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine LED- Anordnung bereitzustellen, die in einer kompakteren und kostengünstigeren Ausgestaltung eine Strahlformung des LED-Lichts ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine LED-Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße LED-Anordnung umfasst mindestens ei¬ ne LED und ein Substrat, das an einer Oberseite mindes¬ tens eine Vertiefung aufweist, wobei die mindestens eine LED in der Vertiefung angeordnet ist. Die Vertiefung um- fasst Seitenflächen, die reflektierend ausgebildet sind, um eine von der mindestens einen LED emittierte Strahlung zu reflektieren. Insbesondere können auch mehrere LEDs in der Vertiefung angeordnet sein oder einzelne LEDs in je¬ weils einer Vertiefung oder mehrere LEDs in mehreren Vertiefungen. Durch eine derartige Formung der Oberfläche des Substrats kann somit der Reflektor zur Strahlformung des LED-Lichts in das Substrat integriert werden, was we¬ sentlich effizienter, kompakter und kostengünstiger ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Seitenfläche der Vertiefung als Fase aus¬ gebildet. Dabei kann die Neigung dieser Abschrägung vari- ieren und somit auf das gewünschte Abstrahlverhalten der mindestens einen LED angepasst sein. Diese bevorzugte Ausbildung der Seitenflächen der Vertiefung ist besonders einfach herstellbar und ermöglicht dazu eine sehr effi¬ ziente Strahlformung. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Oberfläche der Oberseite des Substrats reflektierend ausgebildet ist. Da das Licht der mindestens einen LED nicht ausschließlich auf die reflektierend ausgebildeten Seitenflächen der Vertiefung trifft, sondern auch auf andere Bereiche der Oberfläche des Substrats, ist es vorteilhaft, die gesamte Oberfläche der Oberseite des Substrats oder zumindest ei¬ nen Teilbereich, in dem die mindestens eine LED angeord¬ net ist, reflektierend auszubilden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- dung umfasst das Substrat eine Mehrzahl an Schichten, die elektrisch leitfähig sind, insbesondere die elektrisch leitfähige Leiterbahnen und/oder Flächen aufweisen.
Darüber hinaus kann das Substrat eine Mehrzahl an Schichten, insbesondere dielektrische Schichten, umfassen, die elektrisch isolierend sind. So ist durch einen mehrschichtigen Aufbau des Substrats, insbesondere durch mehrere Leiterbahnen tragende Schich¬ ten, eine kompaktere Ausgestaltung der LED-Anordnung möglich. Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung befindet sich die Vertiefung an der Oberseite des Substrats in ei¬ ner elektrisch isolierenden, insbesondere dielektrischen, Schicht. Insbesondere ist die Grundfläche der Vertiefung eine Schicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen und/oder Flächen, an der die mindestens eine LED angeord¬ net ist. Vorzugsweise ist die Oberseite des Substrats mit der Vertiefung aus dem selben Material wie das Verbundma¬ terial des Substrats.
Vorteilhafterweise kann mindestens eine elektrische Kom- ponente in das Substrat eingebettet sein. Dabei kann die mindestens eine elektrische Komponente in der elektrisch isolierenden, insbesondere dielektrischen, Schicht, die die mindestens eine Vertiefung aufweist, und an einer Schicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen und/oder Flächen, die sich an die dielektrische Schicht an¬ schließt, angeordnet sein. Durch die Einbettung elektrischer Komponenten in das Substrat kann ein hoher Integrationsgrad der Anordnung erreicht werden. Insbesondere ist es vorteilhaft gerade größere Bauelemente in die oberste isolierende Schicht, die die Seitenbereiche der Vertie¬ fung bildet, einzubetten, um den im Substrat vorhandenen Platz für die Einbettung elektrischer Komponenten möglichst effektiv zu nutzen. Dabei können Bereiche in den isolierenden Schichten für die Einbettung von Bauelemen- ten freigehalten sein. Des Weiteren kann mindestens eine elektrische Komponente an einer Unterseite des Substrats an einer Schicht mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen und/oder Flächen angeordnet sein. Auch dies trägt zu einem höheren Integra- tionsgrad und einer kompakteren Anordnung bei.
Dabei kann die mindestens eine elektrische Komponente ein gedruckter Widerstand und/oder eine Induktivität und/oder eine Kapazität und/oder ein oberflächenmontiertes Bauele¬ ment und/oder ein Steuerungschip sein. Vorzugsweise kön- nen alle zum Betreiben und Steuern der mindestens einen LED notwendigen Komponenten auf, unter oder innerhalb des Substrats angeordnet sein, so dass eine sehr kompakte und kostengünstige steuerbare LED-Anordnung mit kleinsten Formfaktoren bereitgestellt wird, die für einen autonomen Betrieb, insbesondere für einen Direktanschluss an ein Stromnetz ohne zusätzliche externe Komponenten, wie bei¬ spielsweise ein zusätzliches Netzteil, ausgelegt ist.
Darüber hinaus kann das Substrat einen Stecker und/oder ein Steckgesicht umfassen, mittels welchem die LED- Anordnung direkt an ein Stromnetz anschließbar ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um- fasst das Substrat thermische Pfade, die quer, insbeson¬ dere senkrecht, zu den Schichten des Substrats verlaufen und aus einem thermisch leitfähigem Material, insbesonde- re Kupfer und/oder einem Polymer, gebildet sind. Diese sind vorzugsweise in dem Bereichen mit der größten Wärme¬ entwicklung angeordnet, insbesondere in einem Bereich unterhalb der mindestens einen LED. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs¬ beispiels näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer LED-Anordnung mit einem im Substrat integrierten Reflektor gemäß einem Aus- führungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer LED- Anordnung 10 mit einem im Substrat 14 integrierten Reflektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist die Oberseite des Substrats 14 mit einer Ver- tiefung ausgebildet, in der die LEDs 12 angeordnet sind. Des Weiteren sind die Seitenflächen der Vertiefung als reflektierende Fasen 16 ausgebildet. So fungiert die 0- berseite des Substrats 14 gleichzeitig als Reflektor. Weiterhin sind auch die Grundfläche der Vertiefung und Teilbereiche der übrigen Oberfläche der Oberseite des Substrats reflektierend ausgebildet um ein optimales Ab¬ strahlverhalten zu gewährleisten, Strahlungsverluste zu reduzieren und eine unnötige zusätzliche Erwärmung des Substrats durch Strahlungsabsorption zu vermeiden. Bei der Ausbildung der reflektierenden Oberfläche 18 des Substrats 14 wird die Außenschicht, insbesondere des Kupfers und/oder des Dielektrikums, laminiert, die Leiterbahnen geätzt und die Endoberfläche aufgebracht. Für die End¬ oberfläche können dabei beispielsweise Acryl-Lacke, Ti- tanoxid, Silikonvergusse oder Silber-Plating verwendet werden. Optional oder zusätzlich kann eine Schutzschicht, insbesondere aus Imiden, Lacken oder Polymeren, aufgebracht werden. Des Weiteren umfasst das Substrat 14 meh- rere elektrisch leitfähige Schichten 22 und elektrisch isolierende Schichten 20. Die elektrisch leitfähigen Schichten 22 sind insbesondere Schichten, die Leiterbahnen und/oder leitende Flächen umfassen, die vorzugsweise aus Kupfer gebildet sind. Des Weiteren können auch Dick- Kupfer Schichten mit einer Dicke von 35 μιη bis 400 μιτι, vorzugsweise mit einer Dicke von 105 μιη bis 250 μιτι, in Innenlagen des Substrats 14 zur Wärmespreizung verwendet werden. Weiterhin können zur besseren Wärmeabführung thermische Pfade 24a und 24b, sogenannte thermische Vias (vertical interconnect access) quer, insbesondere senk¬ recht, zu den Schichten 20 und 22 des Substrats verlau¬ fen. Diese sind vorzugsweise im Bereich unterhalb der LEDs 12 angeordnet und können durch die Gesamtdicke des Substrats 14 verlaufen oder auch als kurze thermische Pfade 24a in direktem thermischen Kontakt zu einer etwaigen Wärmesenke durchgehend bis zur Unterseite ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie mit Kupfer gefüllt, bei¬ spielsweise durch galvanische Aufkupferung der Vias bis diese vollkommen mit Kupfer geschlossen sind, oder sie können zur einfacheren Herstellung auch mit einem Polymer gefüllt sein. Des Weiteren können elektrische Komponenten 26, wie z.B. gedruckte Widerstände, Kapazitäten, Indukti¬ vitäten, oberflächenmontierte Bauelemente und Steuerungs- chips, auf, unter und innerhalb des Substrats 14 angeord¬ net sein. Insbesondere kann der Platz in der den Reflektor bildenden oberen Schicht des Substrats 14 genutzt werden um elektrische Komponenten 26 zu integrieren. Des Weiteren kann in das Substrat 14 auch ein Stecker einge- bettet sein. Bevorzugt ist durch kompakte Anordnung aller zum Betrieb und zur Steuerung der LED-Anordnung 10 erforderlichen elektrischen Komponenten 26 auf der Ober- und/oder Unterseite des Substrats 14 und/oder in den Innenlagen ein autonomer Betrieb der LED-Anordnung 10 durch Direktanschluss an ein Stromnetz ohne zusätzliche externe Komponenten, wie beispielsweise ein Netzteil, möglich. Insbesondere ist eine Anzahl von LEDs vorgesehen, die für eine Gesamtbetriebsspannung von vorzugsweise 110V bis 220V ausgelegt sind. Weiterhin kann die LED-Anordnung 10 eine Isolierung nach Außen umfassen um Berührsicherheit zu gewährleisten.
Durch die Einbettung elektrischer Komponenten inklusive Ansteuerungskomponenten in ein mehrlagiges Substrat und durch die Ausbildung des Substrats mit integriertem Reflektor werden in kleinster Bauweise optische und elekt¬ rische Funktionen vereint. Insgesamt wird so eine kosten¬ günstige, steuerbare und hoch integrierte LED-Anordnung bereitgestellt, die für verschiedene LED-Lösungen verwen¬ det werden kann.

Claims

Ansprüche
LED-Anordnung (10), aufweisend mindestens eine LED (12) und ein Substrat (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (14) an einer Oberseite mindestens eine Vertiefung aufweist, wobei die mindestens eine LED (12) in der Vertiefung angeordnet ist, und wobei die Vertiefung Seitenflächen umfasst, die reflektierend ausgebildet sind, um eine von der mindestens einen LED (12) emittierte Strahlung zu reflektieren.
LED-Anordnung (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine Seitenfläche der Vertiefung als Fase (16) ausgebildet ist.
LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Oberfläche der Oberseite des Substrats (14) re¬ flektierend ausgebildet ist.
LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (14) eine Mehrzahl an Schichten (22) umfasst, die elektrisch leitfähig sind, insbesondere die elektrisch leitfähige Leiterbahnen und/oder Flächen aufweisen. LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (14) eine Mehrzahl an Schichten (20), insbesondere dielektrische Schichten, umfasst, die elektrisch isolierend sind.
LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Vertiefung an der Oberseite des Substrats (14) in einer elektrisch isolierenden, insbesondere dielektrischen, Schicht (20) des Substrats (14) be¬ findet .
7. LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden An- sprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine elektrische Komponente (26) in das Substrat (14) eingebettet ist.
8. LED-Anordnung (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine elektrische Komponente (26) in der elektrisch isolierenden, insbesondere dielektrischen, Schicht (20), die die mindestens eine Vertiefung auf¬ weist, und an einer Schicht (22) mit elektrisch leit- fähigen Leiterbahnen und/oder Flächen, die sich an die dielektrische Schicht (20) anschließt, angeordnet ist . LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eine elektrische Komponente (26) an einer Unterseite des Substrats (14) an einer Schicht (22) mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen und/oder Flächen angeordnet ist.
LED-Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine elektrische Komponente (26) ein gedruckter Widerstand und/oder eine Induktivität und/oder eine Kapazität und/oder ein oberflächenmontiertes Bauelement und/oder ein Steuerungschip ist.
LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (14) einen Stecker und/oder ein Steck- Gesicht umfasst, mittels welchem die LED-Anordnung (10) direkt an ein Stromnetz anschließbar ist. 12. LED-Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat (14) thermische Pfade (24a, 24b) um¬ fasst, die quer, insbesondere senkrecht, zu Schichten (20, 22) des Substrats (14) verlaufen und aus einem thermisch leitfähigen Material, insbesondere Kupfer und/oder einem Polymer, gebildet sind.
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