WO2017153585A1 - Led-modul mit silikonlinsen - Google Patents

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WO2017153585A1
WO2017153585A1 PCT/EP2017/055709 EP2017055709W WO2017153585A1 WO 2017153585 A1 WO2017153585 A1 WO 2017153585A1 EP 2017055709 W EP2017055709 W EP 2017055709W WO 2017153585 A1 WO2017153585 A1 WO 2017153585A1
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led module
carrier plate
silicone
module according
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PCT/EP2017/055709
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Janusz Teklak
Sebastian Ettl
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Siteco Beleuchtungstechnik Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an LED module, which is used for example in indoor or outdoor lights, with a high-quality optical lens made of silicone.
  • LEDs (by which all semiconductor light sources including organic semiconductor light sources are to be understood) form long-life light sources which are used for periods of more than ten years in conjunction with optical elements, such as lens optics, which provide the desired light distribution.
  • a special feature of the LED modules according to the invention consists in the fact that two different materials are selected for the optics, with a more cost-effective carbon-based
  • Plastic acts as a carrier for the optics and only the optically active part of the lens structure of the LED modules from the high-quality and more expensive silicone is formed.
  • the LEDs extend through openings in the substrate so that they are each associated with a silicone lens.
  • the silicone lens may be connected to the carrier directly adjacent to the LED or spaced from the LED above the recess in the carrier in which the LED is disposed.
  • the materials are not simply mixed, but the low-cost material is only as a carrier to Use while the silicone forms the optically active area of the LED module. This ensures that even with an age-related deterioration of the material properties of the carrier, the high-quality optical properties, in particular the long-term durability, of the LED module are not impaired.
  • the carbon-based polymer is formed from PMMA, PC, PU or PVC. These materials are inexpensive and their optical properties Due to their use as carrier material, they do not affect the optical properties of the LED module as such.
  • the lens elements comprise free-form lenses which combine radiation-expanding and radiation-bundling properties.
  • Such lenses are desired for complex applications of the LED modules in indoor or outdoor lighting. Due to the high-quality optical properties of the silicone lenses, even complicated lens shapes can be realized with the material. Comparable lens molds made of PMMA or PC would not have the same optical properties as the free-form lens made of silicone. For example, PMMA or PC would not have the same dimensional stability after injection molding, except that they age faster than silicone
  • the lens elements made of silicone are not rotationally symmetrical with respect to the optical axis of the respective associated LED.
  • the lens elements are mirror symmetric with respect to a plane containing the optical axis of the LED.
  • Such freeform lenses are particularly suitable for the design of a light distribution which extends in at least one direction further than in a direction perpendicular thereto. For example, it is possible to achieve a light distribution which extends further in a C0 / 180 plane or a plane parallel thereto than in the C90 / 270 plane perpendicular thereto.
  • the carrier plate has openings into which silicone penetrates in order to mechanically hold the lens elements on the carrier plate.
  • the lens elements can also be attached to the carrier plate in a separate processing step.
  • the openings in the carrier plate can expand in cross-section in a direction to the side opposite the lens elements, so that an undercut is formed.
  • it can also be provided to fix the silicone on the side opposite the lens element by hot caulking in the manner of a rivet to the opening in the support plate. Both methods can also be combined. In any case, a permanent hold between the lens element and the carrier plate is ensured by this type of attachment, which also acts in particular in the immediate vicinity of the light section for the LED.
  • the LEDs are held and electrically contacted on a printed circuit board, PCB, and the PCB is connected in a flat manner to the carrier plate on the side of the carrier plate opposite the lens elements.
  • the carrier plate may be mounted to the PCB in a similar manner as previously described with respect to the lens elements and the carrier plate.
  • the carrier plate can also be glued flat on the PCB.
  • a layer of a transparent carbon-based polymer in particular PMMA, PC, SAN or PU is arranged on a light exit surface of the lens element made of silicone.
  • This layer can serve for the mechanical protection of the lens element made of silicone.
  • this layer may also have optical properties that contribute to the overall effect of the lens element.
  • the layer of the transparent carbon-based polymer can be introduced into the mold before an injection molding process of the silicone.
  • the layer of transparent carbon-based polymer can also be subsequently sprayed onto the already preformed silicone lens. Since the transparent carbon-based polymer on the lens element made of silicone is not thermally stressed as much as the underlying silicone of the lens element, this part of the lens element is also not so heavily loaded that premature aging of the transparent carbon-based polymer is to be feared.
  • the distance of the LEDs to the nearest neighbor is at least 20 mm, preferably between 25 mm and 50 mm.
  • the carrier plate for positioning in an injection mold positioning holes, in particular slots on. Since it is important to precisely position the backing plate with respect to the silicon lens elements to be molded in the injection molding tool so that the lens elements are properly positioned with respect to the cutouts of the backing plate, positioning holes that allow the backing plate to be properly positioned attach the injection mold to corresponding increases.
  • the manufacturing method comprises arranging the carrier plate in a tool; Injecting silicone material into the tool for forming the lens elements and removing the carrier plate and the lens elements from the tool.
  • the manufacture of the lens elements in a tool in which already the support plate is arranged from the carbon-based plastic, ensures that the lens elements are precisely aligned with respect to the cutouts in the support plate.
  • the tool can have elevations which lead to recesses in the lens elements in the end product, in which the LEDs are arranged. As a result, a precise arrangement of the LEDs is possible.
  • an air gap can be formed between the lens element and the LED, so that the light entry surface of the lens element is optically more effective.
  • the lens may also be completely bonded in the silicone material.
  • the method can also provide that the LEDs are optionally already arranged with a PCB and the carrier plate in the tool and then encapsulated with silicone to form the lens elements. This embodiment is particularly suitable for embodiments of LED modules in which the LEDs are to be encapsulated directly with the silicone of the lens elements.
  • the manufacturing method comprises an upstream step for producing the carrier plate from the carbon-based plastic, wherein in the carrier plate a shape is generated, which at least partially the shape of the lens elements, which in the following defined step by the injection of silicone material are defined.
  • the lens element can be accurately integrated with high strength in the carrier plate by means of a simple manufacturing process.
  • FIG. 1 shows a cross section through a tool with a carrier plate arranged therein during the injection of silicone.
  • FIG. 2 shows a cross-section of an LED module which has been produced by a tool according to FIG.
  • FIG. 3 shows a cross section and a plan view of an alternative embodiment of a carrier plate
  • FIG. 4 shows an LED module, which the carrier plate with the
  • a support plate 1 for example of PMMA or PC is arranged in a cavity of a tool 2.
  • silicone 3 is injected into the cavity of the tool.
  • the tool has elevations 4 in the cavity, which extend through cutouts in the carrier plate 1. These elevations form depressions in the lens elements 9 formed by the silicone on the carrier plate 1. These cutouts serve to arrange LEDs 5 in a later step.
  • the tool 1 also has through channels 6, through which a liquid for tempering the tool during the injection molding process can be passed.
  • the support plate 1 further openings 6, which are formed in the embodiment shown approximately T-shaped in the cross section of the support plate 1.
  • these openings 6 something of the silicone 3 enters the injection molding process. Due to the fact that from one side, on which the lens element is formed, to the opposite side of the support plate 1 expanding cross-section of the opening 6, a positive connection is formed, which ensures that the lens element 9 is held on the support plate 1 after demolding of the arrangement.
  • the openings 6 are arranged in the immediate vicinity of the recess 4 forming the recess for the LEDs. As a result, the lens elements are held directly there on the support plate, where the LEDs are arranged. Any thermal displacements or structural tolerances therefore have only a slight effect on the arrangement of the LED 5 relative to the respective lens element 9.
  • the arrangement of the support plate 1 and the silicone 3 be removed from the mold.
  • the sprue area of the silicone 3 is removed.
  • machining methods can be used for this purpose.
  • Silicone which forms the lens elements 9, is placed on a PCB 8, which has already mounted and electrically contacted LEDs 5.
  • an LED 5 is inserted into a recess 10 of the lens element 9, which has been formed by the survey 4 in the tool.
  • the positioning elements 7 are inserted into openings of the PCB 8 and from the back of the PCB, i. on the LEDs 5 opposite side, hot stalked. As a result, the carrier plate 1 is held by a positive connection on the PCB 8.
  • the entire PCB 8 including the LEDs 5 is already arranged in the tool 2 during the injection molding process, before the silicone 3 is injected.
  • the LEDs are completely encapsulated in the lens element 9 with silicone.
  • the mechanical connection of the PCB with the carrier plate can also take place in the context of the same injection molding process. In this case, the silicone 3 would pass through the openings in the
  • Support plate and are injected in the PCB to connect the elements by a positive connection with each other.
  • FIG. 3 shows, in the lower area, a plan view of a carrier plate 1 with lens elements 9 located thereon.
  • the upper area of FIG. 3 shows a cross section through FIG Support plate 1 along the line AA in the lower part of Figure 3.
  • the lens elements 9 are integrated into the carrier plate 1 in larger cut-outs. Further, by the injection molding process, recesses 10 are formed in the lens elements 9 as described above to arrange therein LEDs 5 on a PCB 8 as shown in FIG.
  • a special feature of the embodiment according to FIGS. 3 and 4 is that a further layer 11 of a transparent carbon-based plastic, in particular, for example, of PMMA or PC, is applied on the lens elements 9. This layer serves to protect the silicone lens 9 and can also produce optical properties.
  • the material of the layer 11 may be formed of the same material as the carrier plate 1.
  • the layer 11 may be formed, for example, together with the carrier plate 1, wherein in the injection molding process, the silicone for forming the lenses 9 in openings between the layers 11 and the plate 1 is injected. Alternatively, the layers 11 can also be sprayed or glued onto the silicone lenses 9 in a subsequent processing process.
  • the figure 3 also shows in plan view even slots 12 in lateral areas of the support plate 1. These slots is used to precisely position the support plate in the tool. Furthermore, in the embodiment according to FIG. 3, a region 13 is provided on the carrier plate, which is processed in a special way, in particular polished, around a suction surface for a robot system, which is designed for demoulding with the carrier plate and / or arranging the LED module in FIG a lamp takes the support plate.
  • the robot controls the LED module at the suction surface 13 attacks, which is spaced from the optically effective areas of the LED module, ie in particular the lens elements 9.
  • damage to the optically active surfaces in the production process of the LED module or the luminaire can be avoided.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a complete one
  • the embodiment of the lens elements 9 is similar to the embodiment shown in Figure 3, but the cutouts in the support plate for receiving the LED 5 and a part of the lens senelements 9 are compared to figure 3 smaller.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED-Modul, umfassend: eine Trägerplatte (1) aus einem kohlenstoffbasierten Polymer; Linsenelemente (9) aus Silikon (3), welche mit der Trägerplatte (1) verbunden sind; und mehrere LEDs (5), welche in Ausschnitten der Trägerplatte (1) angeordnet sind, wobei jedem der Linsenelemente (9) jeweils eine LED (5) zugeordnet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen LED-Moduls, wobei in einem Verfahrensschritt die Linsenelemente (9) durch einspritzen von Silikonmaterial in ein Werkzeug (2), in dem die Trägerplatte (1) angeordnet ist, gebildet werden.

Description

LED-MODUL MIT SILIKONLINSEN
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul, welches beispielsweise in Innen- oder Außenleuchten eingesetzt wird, mit einer optisch hochwertigen Linse aus Silikon. LEDs (worunter alle Halbleiterlichtquellen einschließlich organischer Halbleiterlichtquellen zu verstehen sind) bilden langlebige Lichtquellen, die über Zeiträume von mehr als zehn Jahren in Verbindung mit optischen Elementen, wie Linsenoptiken, die für die gewünschte Lichtverteilung sorgen, eingesetzt werden.
Allerdings sind die kostengünstigen Materialien für Linsenoptiken den Anforderungen an moderne Hochleistungs-LEDs über die langen Zeiträume, über welche die LEDs eingesetzt werden, häu- fig nicht gewachsen. Daher ist es häufig unvermeidbar, für
Hochleistungs-LEDs als Linsenmaterial Silikon vorzusehen. Dieses Material ist im Vergleich zu kostengünstigeren Kunststoffen lichtbeständiger, vergilbt und versprödet nicht und schützt den Halbleiterchip vor Hitze, Kälte und anderen Belas- tungen wie Feuchtigkeit. Der Einsatz von UV-aktivierbarem Silikon bewirkt eine signifikante Helligkeitssteigerung der Leuchte. Diese Eigenschaften sind im Vergleich zu anderen Kunststoffen langzeitbeständiger . Ein Beispiel eines LED- Moduls mit einem Linsenarray aus Silikon ist in WO 2012/031703 AI beschrieben. Allerdings erkauft man diese Vorteile durch wesentlich höhere Kosten. Im Vergleich zu Kunststoffmaterialien wie PMMA oder PC sind die Kosten für Silikon wesentlich höher . Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein LED-Modul mit optisch hochwertigen Linsen zur Verfügung zu stellen, welches trotzdem kostengünstig herstellbar ist. Gelöst wird die Aufgabe durch ein LED-Modul nach Anspruch 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren für ein LED-Modul nach Anspruch 12.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen LED-Module besteht da- rin, dass für die Optik zwei verschiedene Materialien gewählt werden, wobei ein kostengünstigerer kohlenstoffbasierter
Kunststoff als Träger für die Optik wirkt und nur der optisch aktive Teil der Linsenstruktur der LED-Module aus dem hochwertigen und kostenintensiveren Silikon gebildet ist. Die LEDs erstecken sich durch Öffnungen in dem Trägermaterial, so dass sie jeweils einer Silikonlinse zugeordnet sind. Die Silikonlinse kann direkt anschließend an die LED oder mit einem Abstand zu der LED über der Aussparung in dem Träger, in der die LED angeordnet ist, mit dem Träger verbunden sein. Im Unter- schied zu Vorschlägen aus dem Stand der Technik, welche bereits Linsenelemente aus einem Materialmix aus Silikon und einem anderen kostengünstigerem kohlenstoffbasierten Kunststoff vorgeschlagen, werden bei der vorliegenden Erfindung die Materialien nicht einfach gemischt, sondern das kostengünstige Ma- terial kommt nur als Träger zum Einsatz während das Silikon den optisch aktiven Bereich des LED-Moduls bildet. Dadurch ist gewährleistet, dass selbst bei einer altersbedingten Verschlechterung der Materialeigenschaften des Trägers die hochwertigen optischen Eigenschaften, insbesondere die Langzeitbe- ständigkeit, des LED-Moduls, nicht beeinträchtigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das kohlenstoffbasierte Polymer aus PMMA, PC, PU oder PVC gebildet. Diese Materialien sind kostengünstig und deren optischen Eigenschaften wirken sich aufgrund der Verwendung als Trägermaterial nicht auf die optischen Eigenschaften des LED-Moduls als solches aus .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Linsenelemente Freiformlinsen, die Strahlungsaufweitende und strah- lungsbündelnde Eigenschaften kombinieren. Derartige Linsen werden für komplexe Anwendungen der LED-Module in Innen- oder Außenbeleuchtungen gewünscht. Aufgrund der hochwertigen optischen Eigenschaften der Silikon-Linsen lassen sich auch komplizierte Linsenformen mit dem Material realisieren. Vergleichbare Linsenformen aus PMMA oder PC hätten nicht die gleiche optische Eigenschaft, wie die Freiformlinse aus Silikon. Beispielsweise würden PMMA oder PC nicht die gleiche Formbeständigkeit nach dem Herstellen im Spritzgussverfahren haben, abgesehen davon, dass sie schneller als Silikon altern
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Linsenelemente aus Silikon in Bezug auf die optische Achse der jeweils zugeordneten LED nicht rotationssymmetrisch. Vorzugsweise sind die Linsenelemente jedoch spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Ebene, welche die optische Achse der LED enthält. Derartige Freiformlinsen eignen sich besonders zur Ausgestaltung einer Lichtverteilung, die sich in wenigstens einer Richtung weiter erstreckt als in einer dazu senkrechten Richtung. Beispielsweise kann eine Lichterteilung erzielt werden, die in einer C0/180-Ebene oder einer dazu parallelen Ebene sich weiter erstreckt als in der dazu senkrechten C90/270-Ebene .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte Öffnungen auf, in welche Silikon eindringt, um die Linsenelemente an der Trägerplatte mechanisch zu halten. Ein derartiger Formschluss zum Halten der Linsen kann direkt beim Herstel- lungsprozess der Linsen auf der Trägerplatte erfolgen. Alter- nativ können die Linsenelemente auch in einem separaten Bearbeitungsschritt an der Trägerplatte befestigt werden. Beispielsweise können sich die Öffnungen in der Trägerplatte in einer Richtung zu der den Linsenelementen entgegengesetzten Seite im Querschnitt erweitern, so dass eine Hinterschneidung gebildet wird. Durch das Einfließen des Silikons von der Seite des Linsenelements zu der entgegengesetzten Seite wird dadurch ein Formschluss gebildet. Alternativ kann auch vorgesehen sein, das Silikon auf der dem Linsenelement gegenüberliegenden Seite durch Heißverstemmen in der Art einer Niete an der Öffnung in der Trägerplatte zu befestigen. Es können auch beide Verfahren kombiniert v/erden. In jedem Fall ist durch diese Befestigungsart ein dauerhafter Halt zwischen dem Linsenelement und der Trägerplatte gewährleistet, der insbesondere auch in unmittelbarer Nähe des Lichtausschnitts für die LED wirkt.
Dadurch ist eine präzise Positionierung des Linsenelements gegenüber der LED gewährleistet, selbst wenn andere Bereiche der Trägerplatte durch bauliche Toleranzen oder durch thermische Verzerrungen beeinträchtigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die LEDs auf einem Printed Circuit Board, PCB, gehalten und elektrisch kontaktiert, und das PCB ist auf der den Linsenelementen entgegengesetzten Seite der Trägerplatte flächig mit der Träger- platte verbunden. Beispielsweise kann die Trägerplatte an dem PCB in einer ähnlichen Weise montiert werden, wie vorhergehend in Bezug auf die Linsenelemente und die Trägerplatte beschrieben. Alternativ kann die Trägerplatte auch flächig auf den PCB angeklebt werden. Ein Vorteil dieser Konstruktion ist, dass die Trägerplatte gleichzeitig als elektrische Isolierung und mechanischer Schutz für die Leiterbahnen auf dem PCB dienen kann. Die Verwendung von hochwertigem Silikon für diese Aufgabe wäre demgegenüber eine Verschwendung von Kosten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist auf einer Lichtaustrittsfläche des Linsenelements aus Silikon jeweils eine Schicht aus einem transparenten kohlenstoffbasierten Polymer, insbesondere PMMA, PC, SAN oder PU angeordnet. Diese Schicht kann zum mechanischen Schutz des Linsenelements aus Silikon dienen. Ferner kann diese Schicht auch optische Eigenschaften aufweisen, die zur Gesamtwirkung des Linsenelements beitragen. Im Herstellungsprozess kann die Schicht aus dem transparenten kohlenstoffbasierten Polymer vor einem Spritzgussprozess des Silikons in das Werkzeug eingebracht werden. Alternativ kann die Schicht aus transparentem kohlenstoffbasierten Polymer auch nachträglich auf die bereits vorgeformte Silikon-Linse aufgespritzt werden. Da das transparente kohlenstoffbasierte Polymer auf dem Linsenelement aus Silikon thermisch nicht so stark belastet ist, wie das darunterliegende Silikon des Linsenelements, wird dieser Teil des Linsenelements auch nicht so stark belastet, dass eine vorzeitige Alterung des transparenten kohlenstoffbasierten Polymers zu befürchten ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand der LEDs zum jeweils nächsten Nachbarn mindestens 20 mm, vorzugsweise zwischen 25 mm und 50 mm. Dadurch werden die Lichtstromverluste der einzelnen LEDs in der Matrix durch die thermisch bedingten Effekte auf das Material der Trägerplatte verringert bzw. die Lichtausbeute der einzelnen LEDs erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerplatte zur Positionierung in einem Spritzgusswerkzeug Positionierungsöffnungen, insbesondere Langlöcher, auf. Da es wichtig ist, die Trägerplatte in Bezug auf die auszubildenden Linsenelemente aus Silikon präzise im Spritzgusswerkzeug zu positionieren, damit die Linsenelemente in Bezug auf die Ausschnitte der Trägerplatte richtig angeordnet werden, sind Positionierungsöffnungen hilfreich, die es erlauben, die Trägerplatte in dem Spritzgusswerkzeug auf entsprechende Erhöhungen aufzustecken .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft das Herstellungsverfahren eines LED-Moduls, wie vorhergehend beschrieben. Das Herstellungsverfahren umfasst ein Anordnen der Trägerplatte in einem Werkzeug; Einspritzen von Silikonmaterial in das Werkzeug zur Bildung der Linsenelemente und Entformen der Trägerplatte und der Linsenelemente aus dem Werkzeug. Das Herstellen der Linsenelemente in einem Werkzeug, in welchem bereits die Trägerplatte aus dem kohlestoffbasierten Kunststoff angeordnet ist, gewährleistet, dass die Linsenelemente in Bezug auf die Ausschnitte in der Trägerplatte präzise ausgerichtet sind. Das Werkzeug kann Erhöhungen aufweisen, welche im Endprodukt zu Aussparungen in den Linsenelementen führen, in welche die LEDs angeordnet werden. Dadurch ist eine präzise Anordnung der LEDs möglich. Ferner kann zwischen dem Linsenelement und der LED ein Luftspalt gebildet sein, so dass die Lichteintrittsfläche des Linsenelements optisch wirksamer ist. Alternativ kann die Linse auch vollständig in dem Silikonmaterial verklebt sein. Dadurch ist die Linse mechanisch besser geschützt. Alternativ kann das Verfahren auch vorsehen, dass die LEDs ggf. mit einem PCB und die Trägerplatte bereits in dem Werkzeug angeordnet werden und anschließend mit Silikon zur Bildung der Linsenelemente umspritzt werden. Diese Ausführungsform ist insbesondere geeignet für Ausführungsformen von LED-Modulen, in denen die LEDs direkt mit dem Silikon der Linsenelemente gekapselt werden sollen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren einen vorgelagerter Schritt zum Herstellen der Trägerplatte aus dem kohlenstoffbasierten Kunststoff, wobei in der Trägerplatte eine Form erzeugt wird, welche wenigstens teilweise die Form der Linsenelemente, welche in dem nachfol- genden Schritt durch das Einspritzen von Silikonmaterial erzeugt werden, definiert. Dadurch kann das Linsenelement passgenau mit hoher Festigkeit in die Trägerplatte mittels eines einfachen Herstellungsverfahrens integriert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich, die in Verbindung mit den beigefügten Figuren gegeben wird. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Werkzeug mit einer darin angeordneten Trägerplatte beim Einspritzen von Silikon . Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines LED-Moduls, welches durch ein Werkzeug nach Figur 1 hergestellt worden ist .
Figur 3 zeigt einen Querschnitt und eine Aufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Trägerplatte mit
Linsenelementen .
Figur 4 zeigt ein LED-Modul, welches die Trägerplatte mit den
Linsenelementen ähnlich der Figur 3 aufweist.
Bezug nehmend auf die Figur 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines LED-Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Trägerplatte 1 z.B. aus PMMA oder PC wird in einer Kavität eines Werkzeugs 2 angeordnet. Nach dem Schließen des Werkzeugs 2 wird in die Kavität des Werkzeugs Silikon 3 eingespritzt. Das Werkzeug weist in der Kavität Erhöhungen 4 auf, die sich durch Ausschnitte in der Trägerplatte 1 erstrecken. Diese Erhöhungen bilden Vertiefungen in den durch das Silikon gebildeten Linsenelementen 9 auf der Trägerplatte 1. Diese Ausschnitte dienen dazu, in einem späteren Verfahrensschritt LEDs 5 anzuordnen.
Das Werkzeug 1 weist ferner durchgehende Kanäle 6 auf, durch welche eine Flüssigkeit zum Temperieren des Werkzeugs während des Spritzgussverfahrens durchgeleitet werden kann.
Wie im Querschnitt der Figur 1 dargestellt ist, weist die Trägerplatte 1 ferner Öffnungen 6 auf, die in der gezeigten Aus- führungsform etwa T-förmig in dem Querschnitt der Trägerplatte 1 gebildet sind. In diese Öffnungen 6 tritt beim Spritzguss- prozess etwas des Silikons 3 ein. Aufgrund des sich von einer Seite, auf der das Linsenelement gebildet wird, zur entgegengesetzten Seite der Trägerplatte 1 erweiternden Querschnitts der Öffnung 6 wird ein Formschluss gebildet, der dafür sorgt, dass das Linsenelement 9 an der Trägerplatte 1 nach dem Entformen der Anordnung gehalten wird. Dabei ist zu beachten, dass die Öffnungen 6 in unmittelbarer Nähe der die Aussparung für die LEDs bildenden Erhöhungen 4 angeordnet sind. Dadurch werden die Linsenelemente unmittelbar dort an der Trägerplatte gehalten, wo auch die LEDs angeordnet sind. Etwaige thermische Verschiebungen oder bauliche Toleranzen wirken sich daher in Bezug auf die Anordnung der LED 5 zu dem jeweiligen Linsenelement 9 nur in geringem Maße aus.
Ferner ist in Figur 1 dargestellt, dass in der unteren Hälfte des Werkzeugs 2 bereits Vertiefungen vorgesehen sind, die dazu dienen, Positionierungselemente 7 der Trägerplatte 1 aufzunehmen. Diese Positionierungselemente können zum Befestigen der Trägerplatte 2 auf einem PCB 8 verwendet werden, wie nachfolgend ausgeführt.
Nach dem Spritzgussprozess und dem Aushärten des Silikons 3 kann die Anordnung aus der Trägerplatte 1 und dem Silikon 3 entformt werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Angussbereich des Silikons 3 entfernt. Dazu können beispielsweise spanende Verfahren verwendet werden. Das Fertigprodukt aus der Trägerplatte 1 und dem erhärteten
Silikon, welches die Linsenelemente 9 bildet, wird auf ein PCB 8 aufgesetzt, welches bereits montierte und elektrisch kontaktierte LEDs 5 aufweist. Dabei wird jeweils eine LED 5 in eine Aussparung 10 des Linsenelements 9 eingefügt, welche durch die Erhebung 4 in dem Werkzeug gebildet worden ist.
Die Positionierungselemente 7 werden in Öffnungen des PCB 8 eingefügt und von der Rückseite des PCBs, d.h. auf der den LEDs 5 entgegengesetzten Seite, heißverstemmt . Dadurch wird die Trägerplatte 1 durch einen Formschluss auf dem PCB 8 gehalten .
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das gesamte PCB 8 einschließlich der LEDs 5 bei dem Sprit zgussprozess bereits in dem Werkzeug 2 angeordnet wird, bevor das Silikon 3 eingespritzt wird. In dieser Ausführungsform werden die LEDs vollständig in dem Linsenelement 9 mit Silikon umspritzt. Außerdem kann die mechanische Verbindung des PCB mit der Trägerplatte auch im Rahmen des gleichen Spritzgussprozesses erfolgen. In diesem Fall würde das Silikon 3 durch die Öffnungen in der
Trägerplatte und in dem PCB gespritzt werden, um die Elemente durch einen Formschluss miteinander zu verbinden.
Mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 werden weitere alternative Ausführungsformen beschrieben.
Figur 3 zeigt im unteren Bereich eine Aufsicht auf eine Trägerplatte 1 mit darauf befindlichen Linsenelementen 9. Der obere Bereich der Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch die Trägerplatte 1 entlang der Linie A-A im unteren Bereich der Figur 3.
In dieser Ausführungsform sind die Linsenelemente 9 in größe- ren Ausschnitten in die Trägerplatte 1 integriert. Ferner sind durch den Spritzgussprozess Aussparungen 10 in den Linsenelementen 9 gebildet, wie vorhergehend beschrieben, um darin LEDs 5 auf einem PCB 8, wie in Figur 4 dargestellt, anzuordnen. Eine Besonderheit der Ausführungsform nach Figur 3 und 4 besteht darin, dass auf den Linsenelementen 9 noch eine weitere Schicht 11 aus einem transparenten kohlenstoffbasierten Kunststoff, insbesondere z.B. aus PMMA oder PC, aufgebracht ist. Diese Schicht dient zum Schutz der Silikon-Linse 9 und kann ferner optische Eigenschaften hervorbringen. Insbesondere kann das Material der Schicht 11 aus dem gleichen Material gebildet sein, wie die Trägerplatte 1. Die Schicht 11 kann beispielsweise gemeinsam mit der Trägerplatte 1 ausgebildet sein, wobei beim Sprit zgussprozess das Silikon zur Bildung der Linsen 9 in Öffnungen zwischen den Schichten 11 und der Platte 1 eingespritzt wird. Alternativ können die Schichten 11 auch in einem nachträglichen Bearbeitungsprozess auf die Silikon-Linsen 9 aufgespritzt oder aufgeklebt werden. Die Figur 3 zeigt ferner in der Aufsicht noch Langlöcher 12 in seitlichen Bereichen der Trägerplatte 1. Diese Langlöcher dient dazu, um die Trägerplatte in dem Werkzeug präzise zu positionieren. Ferner ist in der Ausführungsform nach Figur 3 noch ein Bereich 13 auf der Trägerplatte vorgesehen, welcher in besonderer Wiese bearbeitet, insbesondere poliert ist, um eine Saugfläche für ein Robotersystem, welches zum Entformen mit der Trägerplatte und/oder zum Anordnen des LED-Moduls in einer Leuchte die Trägerplatte ergreift. Dabei ist insbesondere berücksichtigt, dass der Roboter das LED-Modul an der Saug- fläche 13 angreift, die von den optisch wirksamen Bereichen des LED-Moduls, d.h. insbesondere der Linsenelemente 9, beabstandet ist. Dadurch kann eine Beschädigung der optisch wirksamen Oberflächen beim Herstellungsprozess des LED-Moduls bzw. der Leuchte vermieden werden.
Ferner ist in dem Querschnitt im oberen Bereich der Figur 3 zu sehen, dass das Linsenelement 9 in einen Ausschnitt der Trägerplatte 1 integriert ist. Ein Teil der Umfangsform der Sili- konlinse wird daher durch einen Ausschnitt in dem Trägerelement 1 definiert. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das Linsenelement 9 besonders fest in das Trägerelement 1 integriert werden kann. Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform eines vollständigen
LED-Moduls einschließlich der LED 5 und dem PCB 8. Die Ausführungsform der Linsenelemente 9 ist ähnlich zu der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform, jedoch sind die Ausschnitte in der Trägerplatte zur Aufnahme zur LED 5 bzw. eines Teils des Lin- senelements 9 im Vergleich zur Figur 3 kleiner.
BEZUGSZEICHENLISTE Trägerplatte
Werkzeug
Silikon
Erhöhung
LED
Öffnung
Positionierungselement
PCB
Linsenelement
Aussparung für LED
Transparente Schicht
Langloch
Saugfläche

Claims

Ansprüche
LED-Modul, umfassend:
eine Trägerplatte (1) aus einem kohlenstoffbasierten Polymer;
Linsenelemente (9) aus Silikon (3), welche mit der Trägerplatte (1) verbunden sind; und
mehrere LEDs (5) , welche in Ausschnitten der Trägerplatte (1) angeordnet sind, wobei jedem der Linsenelemente jeweils wenigstens eine LED (5) zugeordnet ist.
LED-Modul nach Anspruch 1, wobei das kohlenstoffbasierte Polymer gebildet ist aus PMMA, PC, PU oder PVC .
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenelemente (9) jeweils eine Freiformlinse umfassen, die strahlungsaufweitende und strahlungsbündelnde Eigenschaften kombiniert.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsenelemente (9) in Bezug auf die optische Achse der jeweils zugeordneten LED (5) nicht rotationssymmetrisch sind, vorzugsweise aber eine Spiegelsymmetrie in Bezug auf eine Ebene aufweisen, welche die optische Achse der LED (5) enthält.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (1) Öffnungen (6) aufweist, in welches Silikon der Linsenelemente eindringt, um die Linsenelemente (9) an der Trägerplatte (1) mechanisch zu halten.
LED-Modul nach Anspruch 5, wobei die Öffnungen (6) sich in einem Querschnitt zu der den Linsenelementen (9) entgegen-
1 gesetzten Seite der Trägerplatte (1) erweitern und das Silikon (3) in den erweiterten Querschnitt ausfüllt.
LED-Modul nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Silikon (3) , welches in die Öffnungen (6) eindringt, auf der den Linse nelementen (9) entgegengesetzten Seiten der Trägerplatte (1) heißverstemmt ist.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LEDs (5) auf einem Printed Circuit Board, PCB, (8) ge halten und elektrisch kontaktiert sind und das PCB (8) au der den Linsenelementen (9) entgegengesetzten Seite der Trägerplatte (1) flächig an der Trägerplatte anliegt.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer Lichtaustrittsfläche der Linsenelemente (9) jeweils eine Schicht aus einem transparentem kohlenstoffbasierten Polymer, insbesondere PMMA, PC, SAN oder PU angeordnet ist.
LED-Modul nach einem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abstände der Linsenelemente (9) zum jeweils nächsten Nach barn mindestens 20 mm, vorzugsweise zwischen 25 mm und 50 mm, betragen.
LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägerplatte (1) zur Positionierung in einem Spritzgusswerkzeug (2) Positionierungsöffnungen, insbesondere Langlöcher (12), aufweist.
Herstellungsverfahren eines LED-Moduls nach einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei das Herstellungsverfahren di Schritte umfasst: Anordnen der Trägerplatte (1) in einem Werkzeug (2) und Einspritzen von Silikonmaterial (3) in das Werkzeug (1) zur Bildung der Linsenelemente (9); und
Entformen der Trägerplatte (1) und der Linsenelemente (9) aus dem Werkzeug.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei ein PCB (8) mit den LEDs (5) in das Werkzeug (2) gemeinsam mit der Trägerplatte (1) eingebracht wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 12, wobei das Werkzeu Erhöhungen (4) im Bereich der zu bildenden Linsenelemente (9) aufweist und ein PCB (8) mit den LEDs (5) nach dem Entformen der Trägerplatte (1) und der Linsenelement (9) aus dem Werkzeug (2) an die Trägerplatte (1) angefügt wird, wobei die LEDs in Vertiefungen (10) der Linsenelemente (9) angeordnet sind, welche durch die genannten Erhöhungen (4) im Werkzeug (2) gebildet sind. 15. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei ein vorgelagerter Schritt das Herstellen der Trägerplatte aus dem kohlenstoffbasierten Kunststoff umfasst, wobei in der Trägerplatte eine Form erzeugt wird, welche wenigstens teilweise die Form der Linsenelemente (9), wel- che in dem nachfolgenden Schritt durch das Einspritzen von
Silikonmaterial (3) erzeugt werden, definiert.
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