WO2017037036A1 - Mikrolinse für led-modul - Google Patents

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WO2017037036A1
WO2017037036A1 PCT/EP2016/070358 EP2016070358W WO2017037036A1 WO 2017037036 A1 WO2017037036 A1 WO 2017037036A1 EP 2016070358 W EP2016070358 W EP 2016070358W WO 2017037036 A1 WO2017037036 A1 WO 2017037036A1
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microlens
lens frame
lens
light
mold
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PCT/EP2016/070358
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Markus Boss
Matthias Lermer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
    • B29D11/00365—Production of microlenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29D11/00—Producing optical elements, e.g. lenses or prisms
    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses
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    • H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements

Definitions

  • the invention relates to a microlens for an LED module, an LED module, as well as a production method for a microlens and for an LED module.
  • Microlenses used to light-shape LED modules are mounted on the LED module.
  • the attachment region of the lens may be made of the same transparent material as the light-shaping region of the lens. There is unwanted light leakage from the module through the attachment area of the lens. This results in uncontrollable stray light that degrades the optical properties of the LED module and adversely affects surrounding optical components (e.g., a camera).
  • An object of the invention is to provide an improved microlens for an LED module, an improved LED module, and a manufacturing method for the microlens and the LED module.
  • a micro-lens for an LED module may be made by a lens frame made of a first material which is temperature stable and light ⁇ suppressing, is produced in a first process step.
  • This lens frame is positioned in a mold in a second process step.
  • a second material which is temperature stable and transparent inserted into the lens formed by the frame and the mold cavity for men For ⁇ a lens structure.
  • the lens frame is produced by punching out the lens frame by means of a punching mold made of a metal sheet, for example of aluminum or copper, or by means of a cutting or etching process.
  • Metal is a temperature-stable and light-suppressing material that is well suited for a lens frame of a microlens.
  • the lens frame is in one embodiment
  • Injection molding tool made of injection-moldable plastic injection-molded ⁇ .
  • This injection moldable plastic is also tempe ⁇ raturstabil and opaque.
  • the production of the Lin ⁇ senrahmens by means of an injection molding process allows a particularly simple production of the lens frame.
  • the mold into which the lens frame is positioned is a replication tool.
  • epoxy or silicone is introduced as the second material in the ge ⁇ formed by the lens frame and the replication tool cavity.
  • the Replikati ⁇ tion Tool is closed, wherein the replication tool is shaped so that while the second material is placed in the lens ⁇ structure.
  • the epoxy or silicone is cured by means of UV light.
  • the replication tool, or at least part of the replication tool, is permeable to UV radiation.
  • Au ⁇ ßerdem must be designed in the epoxy or silicone so that It can be cured by UV light. By means of this method it is easy to produce a suitable microlens for an LED module.
  • the lens frame is positioned in a mold tool as a molding tool.
  • the second material, in this case silicone is, so ge ⁇ introduced in an injection molding process in a mold which is defined by the lens frame and the injection molding tool. Again, this is a very good way, herebygüns ⁇ tig produce a microlens for an LED module.
  • a microlens for an LED module can also be made by first forming a second material in a lens mold by means of a molding tool. Subsequently, the second material can be used in a further die and a lens frame are produced by a formed by the second material and the further mold cavity with a first material ver ⁇ is filled.
  • the first and second materials have the same properties as described in the previous embodiments.
  • a microlens for an LED module can also be made by first forming a second material in a lens mold by means of a molding tool. Subsequently, a lens frame can be made of a first material and the second material can be inserted into the first material. By gluing the first and the second material, the microlens with Linsenrah ⁇ men arises.
  • the first and second materials have the same properties as described in the previous embodiments.
  • a method for producing a light-emitting component comprises the steps of providing a carrier, placing a light-emitting chip on the carrier, electrically contacting the light-emitting chip, placing a microlens on the light-emitting chip, and attaching the microlens to the light-emitting chip.
  • the microlens is produced using one of the mentioned methods for producing a microlens. Said method is a good way to inexpensively produce a light emitting device with said components.
  • a component that by means of reflow soldering or reflow soldering can be placed on a board or circuit board ⁇ . This simplifies the process sequences for which the optoelectronic component is provided.
  • the attachment of the microlens by gluing, soldering, plugging, screws or by a magnetic fixation or a friction, ultrasonic or laser welding process takes place. The said possibilities are well suited to fix the microlens on the light-emitting chip, or on the support.
  • a microlens for an LED module comprises a lens frame of a first, temperature-stable and light-suppressing material and a second, temperature-stable and transparent material, wherein the second material has a lens shape and is disposed within the lens frame. Since both materials are resistant to temperatures, the Mikrolin ⁇ se is suitable for an LED module or an optoelectronic component which is to be later mounted on a circuit board or printed circuit board by means of a ses Wiederaufschmelzlötprozes- or a reflow soldering process.
  • the micro lens on a flat Un ⁇ underside which is adapted to be placed on a lichtemittie ⁇ leaders chip.
  • the second material on an un- even surface which is shaped so that the second Ma ⁇ TERIAL lens properties can take.
  • the flat underside of the microlens makes it easy to mount or place it on an optoelectronic chip.
  • the uneven surface is designed so that the second material assumes a shape corresponding to a lens.
  • the second material is convex, concave, or in the form of a Fresnel lens or a total reflection lens at the top.
  • the shapes of the surface mentioned are well suited for a converging lens, a diverging lens or a lens whose height should be at their redu ⁇ .
  • the lens frame comprises a metal.
  • Metals are the perfect temperature-stable and light- ⁇ -suppressing materials as are provided for the lens frame.
  • the lens frame comprises aluminum.
  • Aluminum can be easily stamped, so that aluminum sheet is well suited as a starting material for a die-cut lens frame.
  • the lens frame is made of aluminum and is anodized.
  • the aluminum can take on any color, thereby improving the optical properties of the lens frame.
  • the lens frame comprises an injection-moldable plastic.
  • Injection moldable plastics are well suited for producing the lens frame by means of an injection molding process.
  • the second material comprises a silicone or an epoxide.
  • Transparent silicones and epoxies are materials that are well suited as lens material. They can simply be made into the desired shape and either cured by UV light or, in the case of the silicone, molded by means of an injection molding process. As a result, silicones and epoxides are well suited as materials for the second microlens material.
  • An optoelectronic component has a carrier, a light-emitting semiconductor chip and a microlens, the microlens corresponding to one of the microlenses of the previous embodiments.
  • This microlens is well suited for an optoelectronic component, wherein the opto ⁇ electronic device is then temperature stable, as this is a prerequisite for the lens materials.
  • the resulting optoelectronic component is therefore suitable for reflow soldering processes or reflow soldering processes.
  • FIGS. 1 to 4 show a first manufacturing method for a microlens
  • FIGS. 5 to 8 show a second manufacturing method for a microlens
  • 9 shows an embodiment of a microlens; and 10 shows an optoelectronic component with a microlens.
  • the lens frame 101 is a metal frame punched out of a metal sheet.
  • the lens frame 101 may have a round cross section, or else a quadrangular cross section or another cross section. Likewise, it is conceivable that the lens frame 101 is generated by ei ⁇ nes cutting or etching process.
  • FIG. 2 shows a cross section through the lens frame 101 of FIG. 1, which is inserted into a molding tool, in this case into a lower part 111 of a replication tool.
  • the un ⁇ tere part 111 of the replication tool and the lens frame 101 form a cavity 120 into which a second material is to take over the lens characteristics can be incorporated in the interior of the lens frame.
  • the outer portions of the lens frame are directly adjacent to the lower part of the Rep ⁇ likationstechnikmaschinemaschinemaschinemaschines 111th
  • FIG. 3 shows a cross section through the lens frame 101 in the lower part 111 of the replication tool of FIG. 2.
  • the cavity 120 is partially filled with a second material 102.
  • An underside 103 of the second material 102 adjoins the lower part 111 of the replication tool.
  • the second material 102 is an epoxy or a silicone and can be cured by UV light.
  • Fig. 4 shows a cross section through the arrangement of Fig. 3 with the lens frame 101, second material 102 and lower part 111 of the replication tool, with an upper part placed 112 of the replication tool to the lower part 111 of the replication tool, the replication tool so ge ⁇ is closed.
  • the upper part 112 of the replication tool has a concave surface 113 which is adjacent to the second Ma ⁇ TERIAL 102 and so an uneven upper surface 104, here a convex surface of the second material is generated.
  • the lower surface 103 of the second material 102 adjacent to the unte ⁇ ren part 111 of the replication tool and forms a flat surface.
  • the second mate rial ⁇ 102 is cured by the UV radiation and the lens frame 101 and the second material 102 together form a rolinse Mic.
  • the upper part 112 of the replication tool instead of the concave surface 113 and a convex upper ⁇ surface or having a differently shaped surface so that the flat top surface 104 of the second material assumes a concave shape or the shape of a Fresnel lens or a Totalrefle- xionslinse.
  • the method of FIGS. 1 to 4 can also be carried out if the lens frame 101 is not made of metal, but if the lens frame 101 is an injection-molded part made of an injection-moldable plastic.
  • Fig. 5 shows a cross section through another lens frame 101, this time of an injection-moldable plastic be ⁇ standing, in cross section.
  • the lens frame 101 has an overhang 105 in an upper region, as a result of which the lens frame has a larger diameter in an upper region than in the remaining regions of the lens frame.
  • the projection 105 may additionally be arranged only in a lower region of the lens frame 101.
  • Fig. 6 shows a cross section through the lens frame 101 of Fig. 5 used in a mold, here in a lower part 116 of a mold.
  • the lower part 116 of the Mold-tool in this case has a recess which receives the Auskra ⁇ supply 105 of the lens frame one hundred and first
  • the lens frame 101 and the lower part 116 of the mold forming a cavity 120, which is intended to receive the second material.
  • FIG. 7 shows a cross section through the complete Moldwerk- convincing consisting of a lower part 116 of the mold and an upper part 117 of the mold, wherein the Lin ⁇ senrahmen 101 is inserted into the mold.
  • the upper part 117 of the mold tool has a convex surface 118, which projects into the cavity 120.
  • FIG. 8 shows a cross section through the arrangement of FIG. 7, wherein the cavity 120 is filled with a second material 102 by means of an injection molding process.
  • the second material has an uneven upper surface 104, here a concave surface, and one of these repeatedlylie ⁇ constricting flat bottom 103.
  • the mold can be opened again, the lower part 116 and the upper part 117 of the mold tool are thus removed.
  • the lens frame 101 with the intermediate second material 102, which forms a microlens, in this case ei ⁇ ne diverging lens.
  • the upper part 117 of the Moldtechnik ⁇ tool may also have a concave surface or a differently shaped surface on ⁇ instead of the convex surface 118, so that the flat top surface 104 of the second Materi ⁇ as a convex shape or the shape of a Fresnel lens or a total reflection lens accepts.
  • the method of FIGS. 5 to 8 can also be carried out if the lens frame 101 is not an injection molded part made of an injection-moldable plastic, but a metal part.
  • a lens of a second material 102 which is temperature resistant and transparent, is formed by a mold.
  • both a replication tool 111, 112 and a molding tool 116, 117 may be provided for molding the second material.
  • it may be provided to cure the second material 102 within the replication tool 111, 112 by means of UV light.
  • the lens-shaped second material 102 is then inserted into another mold, wherein a cavity formed by the second material 102 and the further mold is filled with a first, light-suppressing and temperature-stable material.
  • an injection molding process can be used in ⁇ .
  • the first material formed in the cavity forms the lens frame 101.
  • an arrangement of further molding tool 111, 112, 116, 117, lens frame 101 and second material 102 results analogously to FIGS. 4 or 8 one embodiment, it is provided that the lenses ⁇ frame 101 from a first, temperature-stable and light-suppressing material and the second, temperature-stable, transparent material 102 produced independently and then assembled to form a microlens 100 by the second material 102 is fixed in the lens frame 101 ,
  • the lens frame 101 is pretreated prior to positioning in the replication tool 111, 112 or molding tool 116, 117 to improve adhesion.
  • a primer adheresion promoter
  • the surface of the lens frame 101 can be activated with an atmospheric plasma ⁇ .
  • a microlens 100 which consists of a lens frame 101 made of a first temperature-stable and light-suppressing material and a second temperature-stable and transparent material 102, wherein the second material 102 is arranged inside the lens frame 101.
  • the two ⁇ te material 102 has a planar lower surface 103 and an un ⁇ flat top surface 104.
  • the uneven top 104 of the two The material is in the form of a so-called Fresnel lens.
  • the uneven top surface 104 of the microlens 100 is convex, concave, or in the form of a Fresnel lens or a total reflection lens.
  • both the bottom 103 and top 104 of the second material 102 are convex, concave, or in the form of a Fresnel lens or a total reflection lens.
  • the lens frame has a metal .
  • Lens frames made of metals can be produced simply by punching out of a metal sheet and are therefore suitable for the microlenses that are produced in the process.
  • the lens frame 101 comprises aluminum.
  • Aluminum is a good material for the lens frame 101 because it is easy to punch out.
  • the lens frame 101 is made of aluminum and is anodized. By anodizing, the lens frame 101 can assume a color which improves the optical properties of the microlens 100.
  • the lens frame 101 may be anodized so that the anodized surface absorbs light of a under the microlens 100 angeord ⁇ Neten LED module.
  • the lens frame 101 comprises an injection-moldable plastic.
  • the second material 102 is a silicone or an epoxy.
  • FIG. 10 shows an optoelectronic component 130.
  • a light emitting semiconductor chip 131 is mounted on a carrier 140 arranged.
  • a Mikrolin- se 100 disposed consisting of a lens frame 101 and a two ⁇ th material 102nd
  • the second material 102 has an uneven upper surface 104, in this case a convex surface, although other surface shapes such as, for example, concave surfaces or surfaces in the form of a Fresnel lens are also conceivable.
  • the optoelectronic element is Bauele- 130 suitable for Wiederaufschmelzlötluie.
  • the uneven surface 104 of the microlens 101 faces the light emitting semiconductor chip 131.
  • the optoelectronic device 130 of Fig. 10 can be Herge ⁇ represents by a carrier, there is provided a light-emitting chip is placed on the carrier at ⁇ closing, the light emitting chip is electrically contacted, and then placing a microlens on the rindemittie ⁇ leaders chip and attached.
  • the attachment of the Mik ⁇ rolinse on the light emitting chip by means of bonding, solu- th, plugging, screwing or by a magnetic fixing or friction, ultrasonic or laser welding process is carried out.
  • the microlens 100 has a larger ⁇ knife, whereby it is mounted easily on the light-emitting chip can be and / or the entire component can be easily mounted.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Mikrolinse für ein LED-Modul mit den Schritten: Erzeugen eines Linsenrahmens aus einem ersten Material, das temperaturstabil und lichtunterdrückend ist, Positionieren des Linsenrahmens in einem Formwerkzeug, und Einbringen von einem zweiten Material, das temperaturstabil und transparent ist, in die durch den Linsenrahmen und das Formwerkzeug gebildete Kavität zum Formen einer Linsenstruktur. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements mit den Schritten: Bereitstellen eines Trägers, Platzieren eines lichtemittierenden Chips auf dem Träger, Elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Chips, Platzieren einer Mikrolinse auf dem lichtemittierenden Chip, und Befestigen der Mikrolinse auf dem lichtemittierenden Chip. Mikrolinse für ein LED-Modul mit einem Linsenrahmen aus einem ersten, temperaturstabilen und lichtunterdrückenden Material und einem zweiten, temperaturstabilen und transparenten Material, wobei das zweite Material innerhalb des Linsenrahmens angeordnet ist. Optoelektronisches Bauelement mit einem Träger, einem lichtemittierenden Halbleiterchip und einer Mikrolinse.

Description

MIKROLINSE FÜR LED -MODUL
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Mikrolinse für ein LED-Modul, ein LED-Modul, sowie ein Herstellungsverfahren für eine Mikrolinse und für ein LED-Modul.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 114 563.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Mikrolinsen, die zur Lichtformung von LED-Modulen verwendet werden, werden auf dem LED-Modul befestigt. Dabei kann der Befestigungsbereich der Linse aus demselben transparenten Material bestehen wie der lichtformende Bereich der Linse. Es kommt zu ungewünschtem Lichtaustritt aus dem Modul durch den Befestigungsbereich der Linse. Dabei entsteht unkontrollierbares Streulicht, das die optischen Eigenschaften des LED- Moduls verschlechtert und umliegende optische Komponenten (z.B. eine Kamera) negativ beeinflusst.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Mikrolinse für ein LED-Modul, ein verbessertes LED-Modul, und ein Herstellungsverfahren für die Mikrolinse und das LED- Modul bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mit der Mikrolinse, dem optoelektronischen Bauelement, dem Verfahren zum Herstellen einer Mikrolinse und dem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiter¬ bildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Mikrolinse für ein LED-Modul kann hergestellt werden, indem in einem ersten Verfahrensschritt ein Linsenrahmen aus einem ersten Material, das temperaturstabil und lichtunter¬ drückend ist, erzeugt wird. Dieser Linsenrahmen wird in einem zweiten Verfahrensschritt in einem Formwerkzeug positioniert. In einem dritten Verfahrensschritt wird ein zweites Material, das temperaturstabil und transparent ist, in die durch den Linsenrahmen und das Formwerkzeug gebildete Kavität zum For¬ men einer Linsenstruktur eingebracht. Durch den lichtunter- drückenden Linsenrahmen ist es möglich, Streulicht, d.h. von der Linse nicht eingefangenes (geformtes) Licht, zu unterdrü¬ cken. Mithilfe der durch den Linsenrahmen und das Formwerkzeug gebildeten Kavität ist es einfach möglich, das zweite Material so zu formen, dass es die optischen Eigenschaften der Mikrolinse übernimmt.
In einer Ausführungsform wird der Linsenrahmen erzeugt, indem der Linsenrahmen mittels einer Ausstanzform aus einem Metallblech, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, ausgestanzt, oder mittels Schneide- oder Ätzprozess erzeugt wird. Metall ist ein temperaturstabiles und lichtunterdrückendes Material, das gut für einen Linsenrahmen einer Mikrolinse geeignet ist.
In einer Ausführungsform wird der Linsenrahmen in einem
Spritzgusswerkzeug aus spritzgießbarem Kunststoff spritzge¬ gossen. Dieser spritzgießbare Kunststoff ist ebenfalls tempe¬ raturstabil und lichtundurchlässig. Die Herstellung des Lin¬ senrahmens mittels eines Spritzgussverfahrens ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Linsenrahmens.
In einer Ausführungsform ist das Formwerkzeug, in das der Linsenrahmen positioniert wird, ein Replikationswerkzeug. Nach der Positionierung des Linsenrahmens in dem Replikati¬ onswerkzeug wird Epoxid oder Silikon als zweites Material in die durch den Linsenrahmen und das Replikationswerkzeug ge¬ bildete Kavität eingebracht. Anschließend wird das Replikati¬ onswerkzeug geschlossen, wobei das Replikationswerkzeug so geformt ist, dass dabei das zweite Material in die Linsen¬ struktur gebracht wird. In einem vierten Verfahrensschritt wird das Epoxid oder Silikon mittels UV-Licht ausgehärtet. Dabei ist das Replikationswerkzeug, oder zumindest ein Teil des Replikationswerkzeugs , durchlässig für UV-Strahlung. Au¬ ßerdem muss das Epoxid oder Silikon so beschaffen sein, dass es durch UV-Licht ausgehärtet werden kann. Mittels dieses Verfahrens ist es einfach, eine geeignete Mikrolinse für ein LED-Modul herzustellen. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Linsenrahmen in einem Moldwerkzeug als Formwerkzeug positioniert wird. Im anschließenden Verfahrensschritt wird dann Silikon als zweites Material in die durch den Linsenrahmen und das Mold¬ werkzeug gebildete Kavität zum Formen der Linsenstruktur ein- gemoldet. Das zweite Material, in diesem Fall Silikon, wird also in einem Spritzgussverfahren in eine Form, die durch den Linsenrahmen und das Spritzgusswerkzeug definiert ist, ge¬ bracht. Auch dies ist eine sehr gute Möglichkeit, kostengüns¬ tig eine Mikrolinse für ein LED-Modul herzustellen.
Eine Mikrolinse für ein LED-Modul kann ebenfalls hergestellt werden, indem ein zweites Material in einem ersten Schritt mittels eines Formwerkzeuges in eine Linsenform gebracht wird. Anschließend kann das zweite Material in eine weiteres Formwerkzeug eingesetzt werden und ein Linsenrahmen erzeugt werden, indem eine durch das zweite Material und das weitere Formwerkzeug gebildete Kavität mit einem ersten Material ver¬ füllt wird. Das erste und das zweite Material haben dabei dieselben Eigenschaften wie in den vorherigen Ausführungsfor- men beschrieben.
Eine Mikrolinse für ein LED-Modul kann ebenfalls hergestellt werden, indem ein zweites Material in einem ersten Schritt mittels eines Formwerkzeuges in eine Linsenform gebracht wird. Anschließend kann ein Linsenrahmen aus einem ersten Material erzeugt werden und das zweite Material in das erste Material eingesetzt werden. Durch Verkleben des ersten und des zweiten Materials entsteht die Mikrolinse mit Linsenrah¬ men. Das erste und das zweite Material haben dabei dieselben Eigenschaften wie in den vorherigen Ausführungsformen beschrieben . Ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements umfasst die Schritte: Bereitstellen eines Trägers, Platzieren eines lichtemittierenden Chips auf dem Träger, elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Chips, Plat- zieren einer Mikrolinse auf dem lichtemittierenden Chip, und Befestigen der Mikrolinse auf dem lichtemittierenden Chip. Die Mikrolinse ist dabei mit einem der genannten Verfahren zur Herstellung einer Mikrolinse hergestellt. Das genannte Verfahren ist eine gute Möglichkeit, kostengünstig ein lichtemittierendes Bauelement mit den genannten Komponenten herzustellen. Durch die Verwendung einer Mikrolinse mit den genannten Eigenschaften, insbesondere mit den Eigenschaften, dass das erste Material und das zweite Material der Mikrolin¬ se temperaturstabil ist, kann durch dieses Verfahren ein Bau- teil ermöglicht werden, das mittels Wiederaufschmelzlöten o- der Reflow-Löten auf eine Platine oder Leiterplatte aufge¬ bracht werden kann. Dies vereinfacht die Prozessabläufe, für die das optoelektronische Bauelement vorgesehen ist. In einer Ausführungsform erfolgt das Befestigen der Mikrolinse mittels Kleben, Löten, Stecken, Schrauben oder durch eine magnetische Fixierung oder einen Reib-, Ultraschall- oder La- serschweißprozess . Die genannten Möglichkeiten eignen sich gut, die Mikrolinse auf dem lichtemittierenden Chip, oder auf dem Träger zu befestigen.
Eine Mikrolinse für ein LED-Modul weist einen Linsenrahmen aus einem ersten, temperaturstabilen und lichtunterdrückenden Material und ein zweites, temperaturstabiles und transparen- tes Material auf, wobei das zweite Material eine Linsenform aufweist und innerhalb des Linsenrahmens angeordnet ist. Da beide Materialien temperaturbeständig sind, ist die Mikrolin¬ se für ein LED-Modul oder ein optoelektronisches Bauelement geeignet, das später mittels eines Wiederaufschmelzlötprozes- ses oder eines Reflow-Lötprozesses auf einer Platine oder Leiterplatte befestigt werden soll. In einer Ausführungsform weist die Mikrolinse eine ebene Un¬ terseite auf, die eingerichtet ist, auf einem lichtemittie¬ renden Chip platziert zu werden. Auf der der Unterseite ge¬ genüberliegenden Oberseite weist das zweite Material eine un- ebene Oberfläche auf, die so geformt ist, dass das zweite Ma¬ terial Linseneigenschaften übernehmen kann. Durch die ebene Unterseite der Mikrolinse lässt sich diese leicht auf einem optoelektronischen Chip montieren, bzw. platzieren. Die unebene Oberfläche ist so ausgestaltet, dass das zweite Materi- al eine Form annimmt, die einer Linse entspricht.
In einer Ausführungsform ist das zweite Material an der Oberseite konvex, konkav oder in Form einer Fresnel-Linse oder einer Totalreflexionslinse gestaltet. Die genannten Formen der Oberfläche eignen sich gut für eine Sammellinse, eine Zerstreuungslinse oder für eine Linse, deren Bauhöhe redu¬ ziert sein soll.
In einer Ausführungsform weist der Linsenrahmen ein Metall auf. Metalle eignen sich gut als temperaturstabile und licht¬ unterdrückende Materialien, wie sie für den Linsenrahmen vorgesehen sind.
In einer Ausführungsform weist der Linsenrahmen Aluminium auf. Aluminium kann einfach gestanzt werden, sodass sich Aluminiumblech als Ausgangsmaterial für einen gestanzten Linsenrahmen gut eignet.
In einer Ausführungsform besteht der Linsenrahmen aus Alumi- nium und ist eloxiert. Durch das Eloxieren kann das Aluminium beliebige Farben annehmen, wodurch die optischen Eigenschaften des Linsenrahmens verbessert werden.
In einer Ausführungsform weist der Linsenrahmen einen spritz- gießbaren Kunststoff auf. Spritzgießbare Kunststoffe eignen sich gut, um den Linsenrahmen mittels eines Spritzgussverfahrens herzustellen. Dabei sind spritzgießbare Kunststoffe in verschiedenen Farben verfügbar, wodurch wiederum die optischen Eigenschaften des Linsenrahmens verbessert werden.
In einer Ausführungsform weist das zweite Material ein Sili- kon oder ein Epoxid auf. Transparente Silikone und Epoxide sind Materialien, die sich gut als Linsenmaterial eignen. Sie können einfach in die gewünschte Form gebracht werden, und entweder mittels UV-Licht ausgehärtet werden, oder, im Falle des Silikons, mittels eines Spritzgussverfahrens geformt wer- den. Dadurch eignen sich Silikone und Epoxide gut als Materialien für das zweite Material der Mikrolinse.
Ein optoelektronisches Bauelement weist einen Träger, einen lichtemittierenden Halbleiterchip und eine Mikrolinse auf, wobei die Mikrolinse einer der Mikrolinsen der vorherigen Ausführungsformen entspricht. Diese Mikrolinse eignet sich gut für ein optoelektronisches Bauelement, wobei das opto¬ elektronische Bauelement anschließend temperaturstabil ist, da dies Voraussetzung für die Linsenmaterialien ist. Das ent- stehende optoelektronische Bauelement eignet sich also für Wiederaufschmelzlötprozesse oder Reflow-Lötprozesse .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Darstellung :
Figuren 1 bis 4 ein erstes Herstellungsverfahren für eine Mikrolinse ;
Figuren 5 bis 8 ein zweites Herstellungsverfahren für eine Mikrolinse;
Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Mikrolinse; und Fig. 10 ein optoelektronisches Bauelement mit einer Mikrolin- se .
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Linsenrahmen 101. Der Linsenrahmen 101 ist ein aus einem Metallblech ausgestanzter Metallrahmen. Der Linsenrahmen 101 kann dabei einen runden Querschnitt, oder aber auch einen viereckigen Querschnitt oder einen anderen Querschnitt aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass der Linsenrahmen 101 mittels ei¬ nes Schneide- oder Ätzprozesses erzeugt wird.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Linsenrahmen 101 der Fig. 1, der in ein Formwerkzeug, in diesem Fall in ein Unter- teil 111 eines Replikationswerkzeuges eingesetzt ist. Der un¬ tere Teil 111 des Replikationswerkzeuges und der Linsenrahmen 101 bilden im Inneren des Linsenrahmens eine Kavität 120, in die ein zweites Material, das die Linseneigenschaften übernehmen soll, eingebracht werden kann. Die äußeren Bereiche des Linsenrahmens grenzen direkt an den unteren Teil des Rep¬ likationswerkzeuges 111 an.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Linsenrahmen 101 in dem unteren Teil 111 des Replikationswerkzeuges der Fig. 2. Die Kavität 120 ist mit einem zweiten Material 102 zum Teil gefüllt. Eine Unterseite 103 des zweiten Materials 102 grenzt an den unteren Teil 111 des Replikationswerkzeuges an. Das zweite Material 102 ist dabei ein Epoxid oder ein Silikon und kann durch UV-Licht ausgehärtet werden.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung der Fig. 3 mit Linsenrahmen 101, zweitem Material 102 und unterem Teil 111 des Replikationswerkzeuges, wobei ein oberer Teil 112 des Replikationswerkzeuges auf den unteren Teil 111 des Replika- tionswerkzeuges aufgesetzt, das Replikationswerkzeug also ge¬ schlossen ist. Der obere Teil 112 des Replikationswerkzeuges weist eine konkave Oberfläche 113 auf, die an das zweite Ma¬ terial 102 angrenzt und so eine unebene Oberseite 104, hier eine konvexe Oberfläche, des zweiten Materials erzeugt. Die Unterseite 103 des zweiten Materials 102 grenzt an den unte¬ ren Teil 111 des Replikationswerkzeuges an und bildet eine ebene Oberfläche. Die Anordnung der Fig. 4 wird nun mit UV- Licht bestrahlt, wobei entweder der untere Teil 111 oder der obere Teil 112 des Replikationswerkzeuges, oder beide Teile 111, 112, durchlässig für UV-Strahlung sind. Das zweite Mate¬ rial 102 härtet durch die UV-Strahlung aus und der Linsenrahmen 101 und das zweite Material 102 bilden zusammen eine Mik- rolinse. Der obere Teil 112 des Replikationswerkzeuges kann anstelle der konkaven Oberfläche 113 auch eine konvexe Ober¬ fläche oder eine anders geformte Oberfläche aufweisen, sodass die unebene Oberseite 104 des zweiten Materials eine konkave Form oder die Form einer Fresnel-Linse oder einer Totalrefle- xionslinse annimmt.
Das Verfahren der Figuren 1 bis 4 kann ebenso durchgeführt werden, wenn der Linsenrahmen 101 nicht aus Metall besteht, sondern wenn der Linsenrahmen 101 ein Spritzgussteil aus ei- nem spritzgießbaren Kunststoff ist.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen weiteren Linsenrahmen 101, diesmal aus einem spritzgießbaren Kunststoff be¬ stehend, im Querschnitt. Der Linsenrahmen 101 weist in einem oberen Bereich eine Auskragung 105 auf, wodurch der Linsenrahmen in einem oberen Bereich einen größeren Durchmesser aufweist als in den restlichen Bereichen des Linsenrahmens.
Ebenso ist es denkbar, dass die Auskragung 105 zusätzlich o- der nur in einem unteren Bereich des Linsenrahmens 101 angeordnet ist.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch den Linsenrahmen 101 der Fig. 5 eingesetzt in ein Formwerkzeug, hier in einen unteren Teil 116 eines Moldwerkzeuges . Der untere Teil 116 des Mold- werkzeuges weist dabei eine Aussparung auf, die die Auskra¬ gung 105 des Linsenrahmens 101 aufnimmt. Der Linsenrahmen 101 und der untere Teil 116 des Moldwerkzeuges bilden eine Kavi- tät 120, die vorgesehen ist, das zweite Material aufzunehmen.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch das komplette Moldwerk- zeug bestehend aus einem unteren Teil 116 des Moldwerkzeuges und einem oberen Teil 117 des Moldwerkzeuges, wobei der Lin¬ senrahmen 101 in das Moldwerkzeug eingesetzt ist. Der obere Teil 117 des Moldwerkzeuges weist eine konvexe Oberfläche 118 auf, die in die Kavität 120 hineinragt.
Fig. 8 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung der Fig. 7, wobei die Kavität 120 mittels eines Spritzgussverfahrens mit einem zweiten Material 102 ausgefüllt ist. Durch die kon¬ vexe Oberfläche 118 des oberen Teils 117 des Moldwerkzeuges weist das zweite Material 102 eine unebene Oberseite 104, hier eine konkave Oberfläche, und eine dieser gegenüberlie¬ gende ebene Unterseite 103 auf. Nach dem Aushärten des zwei¬ ten Materials 102, das ein Silikon ist, kann das Moldwerkzeug wieder geöffnet werden, der untere Teil 116 und der obere Teil 117 des Moldwerkzeuges also entfernt werden. Übrig bleibt der Linsenrahmen 101 mit dem dazwischenliegenden zweiten Material 102, welches eine Mikrolinse, in diesem Fall ei¬ ne Zerstreuungslinse bildet. Der obere Teil 117 des Moldwerk¬ zeuges kann anstelle der konvexen Oberfläche 118 auch eine konkave Oberfläche oder eine anders geformte Oberfläche auf¬ weisen, sodass die unebene Oberseite 104 des zweiten Materi¬ als eine konvexe Form oder die Form einer Fresnel-Linse oder eine Totalreflexionslinse annimmt. Das Verfahren der Figuren 5 bis 8 kann auch durchgeführt werden, wenn der Linsenrahmen 101 kein Spritzgussteil aus einem spritzgießbaren Kunststoff, sondern ein Metallteil ist.
In einem Ausführungsbeispiel wird eine Linse aus einem zwei- ten Material 102, das temperaturbeständig und transparent ist, mittels einem Formwerkzeug geformt. Dabei kann sowohl ein Replikationswerkzeug 111, 112 als auch ein Moldwerkzeug 116, 117 zum Formen des zweiten Materials vorgesehen sein. Ebenso kann vorgesehen sein, das zweite Material 102 innerhalb des Replikationswerkzeuges 111, 112 mittels UV-Licht auszuhärten. Das in Linsenform gebrachte zweite Material 102 wird dann in ein weiteres Formwerkzeug eingesetzt, wobei eine durch das zweite Material 102 und das weitere Formwerkzeug gebildete Kavität mit einem ersten, lichtunterdrückenden und temperaturstabilen Material gefüllt wird. Dabei kann bei¬ spielsweise ein Spritzgussverfahren zum Einsatz kommen. Das in der Kavität geformte erste Material bildet den Linsenrah- men 101. Nach dem letzten Prozessschritt dieses Verfahrens ergibt sich eine Anordnung von weiterem Formwerkzeug 111, 112, 116, 117, Linsenrahmen 101 und zweitem Material 102 analog zu den Figuren 4 oder 8. In einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Linsen¬ rahmen 101 aus einem ersten, temperaturstabilen und lichtunterdrückenden Material und das zweite, temperaturstabile und transparente Material 102 unabhängig voneinander erzeugt und anschließend zu einer Mikrolinse 100 zusammengesetzt werden, indem das zweite Material 102 im Linsenrahmen 101 fixiert wird .
In einem Ausführungsbeispiel wird der Linsenrahmen 101 vor dem Positionieren in dem Replikationswerkzeug 111, 112 oder Moldwerkzeug 116, 117 zur Verbesserung der Adhäsion vorbehandelt. Dazu kann beispielsweise ein Primer (Haftvermittler) auf den Linsenrahmen 101 aufgetragen werden. Alternativ kann die Oberfläche des Linsenrahmens 101 mit einem Atmosphären¬ plasma aktiviert werden.
Fig. 9 zeigt eine Mikrolinse 100, die aus einem Linsenrahmen 101 aus einem ersten temperaturstabilen und lichtunterdrückenden Material und einem zweiten temperaturstabilen und transparenten Material 102 besteht, wobei das zweite Material 102 innerhalb des Linsenrahmens 101 angeordnet ist. Das zwei¬ te Material 102 weist eine ebene Unterseite 103 und eine un¬ ebene Oberseite 104 auf. Die unebene Oberseite 104 des zwei- ten Materials ist dabei in der Form einer sogenannten Fres- nel-Linse ausgeführt.
In einem Ausführungsbeispiel ist die unebene Oberseite 104 der Mikrolinse 100 konvex, konkav oder in der Form einer Fresnel-Linse oder einer Totalreflexionslinse ausgeführt.
In einem Ausführungsbeispiel ist sowohl die Unterseite 103 als auch die Oberseite 104 des zweiten Materials 102 konvex, konkav oder in der Form einer Fresnel-Linse oder einer Totalreflexionslinse gestaltet.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Linsenrahmen ein Me¬ tall auf. Linsenrahmen aus Metallen können einfach durch Aus- stanzen aus einem Metallblech erzeugt werden und eignen sich deshalb gut für die Mikrolinsen, die in dem Verfahren hergestellt werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Linsenrahmen 101 Alu- minium auf. Aluminium ist ein gutes Material für den Linsenrahmen 101, da es sich leicht ausstanzen lässt.
In einem Ausführungsbeispiel besteht der Linsenrahmen 101 aus Aluminium und ist eloxiert. Durch das Eloxieren kann der Lin- senrahmen 101 eine Farbe annehmen, die die optischen Eigenschaften der Mikrolinse 100 verbessert. Beispielsweise kann der Linsenrahmen 101 so eloxiert sein, dass die eloxierte Oberfläche das Licht eines unter der Mikrolinse 100 angeord¬ neten LED-Moduls absorbiert.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Linsenrahmen 101 einen spritzgießbaren Kunststoff auf.
In einem Ausführungsbeispiel ist das zweite Material 102 ein Silikon oder ein Epoxid.
Fig. 10 zeigt ein optoelektronisches Bauelement 130. Ein lichtemittierender Halbleiterchip 131 ist auf einem Träger 140 angeordnet. Auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite des lichtemittierenden Halbleiterchips 131 ist eine Mikrolin- se 100, bestehend aus einem Linsenrahmen 101 und einem zwei¬ ten Material 102 angeordnet. Das zweite Material 102 hat eine unebene Oberseite 104, hier eine konvexe Oberfläche, wobei aber auch andere Oberflächenformen wie beispielsweise konkave Oberflächen oder Oberflächen in Form einer Fresnel-Linse denkbar sind. Durch den Aufbau der Mikrolinse 100 aus tempe¬ raturstabilen Materialien ist das optoelektronische Bauele- ment 130 für Wiederaufschmelzlötprozesse geeignet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die unebene Oberfläche 104 der Mikrolinse 101 dem lichtemittierenden Halbleiterchip 131 zugewandt .
Das optoelektronische Bauelement 130 der Fig. 10 kann herge¬ stellt werden, indem ein Träger bereitgestellt wird, an¬ schließend ein lichtemittierender Chip auf dem Träger platziert wird, der lichtemittierende Chip elektrisch kontaktiert wird, und anschließend eine Mikrolinse auf dem lichtemittie¬ renden Chip platziert und befestigt wird.
In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Befestigung der Mik¬ rolinse auf dem lichtemittierenden Chip mittels Kleben, Lö- ten, Stecken, Schrauben oder durch eine magnetische Fixierung oder einen Reib-, Ultraschall- oder Laserschweißprozess .
Durch eine Auskragung 105, wie in den Fig. 5 bis 8 beschrie¬ ben, in einem oberen und/oder einem unteren Bereich des Lin- senrahmens 101 weist die Mikrolinse 100 einen größeren Durch¬ messer auf, wodurch sie leichter auf dem lichtemittierenden Chip montiert werden kann und/oder das gesamte Bauelement leichter montiert werden kann. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Mikrolinse
101 Linsenrahmen
102 Zweites Material
103 Unterseite
104 Oberseite
105 Auskragung
111 Unterer Teil des Replikationswerkzeuges
112 Oberer Teil des Replikationswerkzeuges
113 Konkave Oberfläche
116 Unterer Teil des Moldwerkzeuges
117 Oberer Teil des Moldwerkzeuges
118 Konvexe Oberfläche
120 Kavität
130 Optoelektronisches Bauelement
131 Halbleiterchip
140 Träger

Claims

PATENTA S PRUCHE
Verfahren zum Herstellen einer Mikrolinse (100) für ein LED-Modul mit folgenden Schritten:
• Erzeugen eines Linsenrahmens (101) aus einem ersten Material, das temperaturstabil und lichtunterdrückend ist,
• Positionieren des Linsenrahmens (101) in einem Formwerkzeug (111, 112, 116, 117), und
• Einbringen von einem zweiten Material (102), das temperaturstabil und transparent ist, in die durch den Linsenrahmen (101) und das Formwerkzeug (111, 112, 116, 117) gebildete Kavität (120) zum Formen einer Linsenstruktur .
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Linsenrahmen (101) erzeugt wird, indem dieser mittels einer Ausstanzform aus einem Metallblech ausgestanzt oder mittels Schneide¬ oder Ätzprozess erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Linsenrahmen (101) in einem Spritzgusswerkzeug aus spritzgießbarem Kunst¬ stoff spritzgegossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• Positionieren des Linsenrahmens (101) in einem Repli- kationswerkzeug (111, 112) als Formwerkzeug,
• Einbringen von Epoxid oder Silikon als zweites Material (102) in die durch den Linsenrahmen (101) und das Replikationswerkzeug (111, 112) gebildete Kavität (120) ,
• Schließen des Replikationswerkzeugs (111, 112) zum Ab¬ formen der Linsenstruktur, und • Härten des Epoxids oder Silikons mittels UV-Licht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• Positionieren des Linsenrahmens (101) in einem Mold- werkzeug (116, 117) als Formwerkzeug,
• Molden von Silikon als zweites Material (102) in die durch den Linsenrahmen (101) und das Moldwerkzeug (116, 117) gebildete Kavität (120) zum Formen der Lin¬ senstruktur .
Verfahren zum Herstellen einer Mikrolinse (100) für ein LED-Modul mit folgenden Schritten:
• Formen von einem zweiten Material (102), das temperaturstabil und transparent ist, in einem Formwerkzeug zum Formen einer Linsenstruktur,
• Positionieren des zweiten Materials (102) in einem weiteren Formwerkzeug, und Erzeugen eines Linsenrahmens (101) aus einem ersten Material, das temperatur¬ stabil und lichtunterdrückend ist in einer von dem weiteren Formwerkzeug und dem zweiten Material gebil¬ deten Kavität oder Erzeugen eines Linsenrahmens (101) aus einem ersten Material, das temperaturstabil und lichtunterdrückend ist, und Einsetzen und Fixieren des zweiten Materials im Linsenrahmen.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (130) mit folgenden Schritten:
• Bereitstellen eines Trägers (140),
• Platzieren eines lichtemittierenden Chips (131) auf dem Träger (140),
• Elektrische Kontaktierung des lichtemittierenden Chips (131) , • Platzieren einer Mikrolinse (100), die mit einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wurde, auf dem lichtemittierenden Chip (131), und
• Befestigen der Mikrolinse (100) auf dem lichtemittie¬ renden Chip (131) .
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Befestigen der Mikrolinse (100) mittels Kleben, Löten, Stecken, Schrauben oder durch eine magnetische Fixierung oder einen Reib-, Ultraschall- oder Laserschweißprozess erfolgt.
Mikrolinse (100) für ein LED-Modul mit einem Linsenrah¬ men (101) aus einem ersten, temperaturstabilen und lichtunterdrückenden Material und einem zweiten, temperaturstabilen und transparenten Material (102), wobei das zweite Material innerhalb des Linsenrahmens angeord¬ net ist.
Mikrolinse (100) nach Anspruch 9, wobei die Mikrolinse eine Unterseite (103) und eine Oberseite (104) aufweist, wobei die Unterseite (103) eben ist, wobei das zweite Material (102) an der Oberseite (104) eine unebene
Struktur aufweist.
Mikrolinse (100) nach Anspruch 10, wobei das zweite Ma¬ terial (102) an der Oberseite (104) konvex, konkav oder in Form einer Fresnel-Linse oder einer Totalreflexions¬ linse gestaltet ist.
Mikrolinse (100) nach Anspruch 9, wobei die Mikrolinse eine Unterseite (103) und eine Oberseite (104) aufweist, wobei das zweite Material (102) an der Unterseite (103) und der Oberseite (104) konvex, konkav oder in Form ei- ner Fresnel-Linse oder einer Totalreflexionslinse ge¬ staltet ist.
13. Mikrolinse (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wo- bei der Linsenrahmen (101) ein Metall aufweist.
14. Mikrolinse (100) nach Anspruch 13, wobei der Linsenrahmen (101) Aluminium aufweist. 15. Mikrolinse (100) nach Anspruch 14, wobei der Linsenrahmen (101) aus Aluminium besteht und eloxiert ist.
16. Mikrolinse (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wo¬ bei der Linsenrahmen (101) einen spritzgießbaren Kunst- stoff aufweist.
17. Mikrolinse (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wo¬ bei das zweite Material (102) ein Silikon oder ein Epo- xid aufweist.
Optoelektronisches Bauelement (130) mit einem Träger (140), einem lichtemittierenden Halbleiterchip (131) und einer Mikrolinse (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 17.
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