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WO2014048797A2 - Ringlichtmodul und verfahren zur herstellung eines ringlichtmoduls - Google Patents

Ringlichtmodul und verfahren zur herstellung eines ringlichtmoduls Download PDF

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WO2014048797A2
WO2014048797A2 PCT/EP2013/069270 EP2013069270W WO2014048797A2 WO 2014048797 A2 WO2014048797 A2 WO 2014048797A2 EP 2013069270 W EP2013069270 W EP 2013069270W WO 2014048797 A2 WO2014048797 A2 WO 2014048797A2
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WO
WIPO (PCT)
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light module
ring light
reflection surface
radiation
semiconductor components
Prior art date
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PCT/EP2013/069270
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French (fr)
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WO2014048797A3 (de
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Christian Gärtner
Thomas Schlereth
Roland Schulz
Albert Schneider
Markus Kirsch
Tony Albrecht
Michael Bestele
Jan Marfeld
Stephan Kaiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of WO2014048797A2 publication Critical patent/WO2014048797A2/de
Publication of WO2014048797A3 publication Critical patent/WO2014048797A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0008—Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/30—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved
    • F21Y2103/33—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • Ring light module and method for producing a
  • a ring light module is specified.
  • a method for producing such a ring light module is specified.
  • the document DE 10 2010 046 255 AI relates to a
  • Lighting device arranged in a ring
  • An object to be solved is to provide a ring light module, which has a high luminance and a high
  • this includes
  • Ring light module several light-emitting, optoelectronic semiconductor components.
  • the semiconductor components are preferably light-emitting diodes. In particular, emit
  • Semiconductor components may also be yellow or white
  • the main emission direction is the direction along which a maximum intensity is radiated. According to at least one embodiment, the
  • Emission directions in different directions show different directions of emission. It is possible that in each case exactly two semiconductor components have an antiparallel main emission direction and that in each case no two main emission directions into the same
  • Main emission directions of the semiconductor devices may be different from each other in pairs.
  • Ring light module one or more reflectors.
  • the at least one reflector has a curved reflection surface.
  • the reflection surface is not in a plane.
  • the reflector and the reflection surface may be curved along different spatial directions and / or have more than one curvature.
  • Ring light module on a carrier The semiconductor devices are attached to the carrier, for example via soldering or gluing. It includes the carrier in particular
  • the carrier preferably has a high thermal conductivity. It is the carrier, for example, a metal core board, a flexible circuit board or a Lead frame or it comprises the carrier at least one of said components.
  • Reflecting surface arranged around.
  • the entire reflection surface lies within the arrangement line, but preferably at least a proportion of 50% or of 80% of the reflection surface, seen in plan view,
  • Arrangement line seen in plan view, is annular.
  • the arrangement line forms a
  • the arrangement line can also be designed as a spiral ring.
  • the arrangement line passes through
  • the placement line may be a fictitious line. It is possible that the
  • the reflector has a maximum height in a center.
  • the height is in this case based in particular on a bottom side of the ring light module.
  • the bottom side lies opposite a main radiation side of the ring light module.
  • the center lies in a geometric center of an inner surface enclosed by the arrangement line. The fact that the center is in the geometric center of the inner surface can mean that seen in plan view of the reflection surface the
  • the fact that the main emission directions point to the center may mean that the main emission directions have a tolerance of at most 15 ° or at most 10 ° or at most 5 ° or exactly towards the center.
  • Densely arranged may mean that a distance between adjacent semiconductor devices along the
  • Arrangement line is at most a 1.5 times or at most a 1.0 times a mean edge length of the semiconductor devices or a mean diameter of the semiconductor devices.
  • a distance between adjacent semiconductor components is smaller or of the same order of magnitude as dimensions of the semiconductor components, seen in plan view of the semiconductor components.
  • this includes
  • Ring light module a plurality of light-emitting, optoelectronic semiconductor components, each having a main emission direction.
  • the ring light module further includes a
  • the Reflector having a curved reflection surface.
  • the Reflection surface is designed to be that of the
  • the semiconductor devices in operation to reflect emitted radiation.
  • the semiconductor devices are attached to a carrier.
  • the semiconductor devices seen in plan view of the reflection surface, are arranged along an arrangement line in an annular manner around the reflection surface.
  • the reflector In a center, the reflector has a maximum height with respect to a bottom side of the ring light module.
  • the bottom side is a main radiation side of the ring light module
  • the center is located in a geometric center of an enclosed by the arrangement line
  • Inner surface seen in plan view of the reflection surface and with a tolerance of at most 10% of an average diameter of the inner surface. In top view on the
  • the light emitted by the module should be as homogeneous as possible in terms of light color and luminance and be monotone over the largest possible area and should have as few unsteady points or sharp bends as possible.
  • the module should be as small as possible have geometric dimensions to allow high luminous flux and high efficiency.
  • Diffuser material may in this case be added to a volume casting or, for example, are in diffuser plates, so that a thorough mixing of the individual
  • Difficulties occur in particular in the case of planar semiconductor components whose emission directions are oriented parallel to one another.
  • Ring light module achievable without a separate diffuser is necessary. Further, a directional characteristic of the radiation of the semiconductor devices is maintained and is not expanded by a diffuser. Furthermore, a compact arrangement with a high luminance is possible.
  • the reflection surface is a specular surface or a diffusely reflecting surface.
  • Diffuse reflective can here mean that a scattering only in a small
  • Angular range may mean that an opening angle of a scattering cone is at most 4 ° or at most 6 °.
  • the average edge length or the mean diameter is determined here in particular in a plane perpendicular to the main emission direction.
  • the mean distance is at most 3.5 mm or at most 5.5 mm. In accordance with at least one embodiment, all
  • the spatial radiation characteristics of the semiconductor components differ from each other.
  • the ring light module then comprises semiconductor components having a first, spatially narrower
  • the ring light module comprises a cover plate.
  • the cover plate is preferably attached to the main radiation side.
  • About the cover plate protection of the semiconductor devices and the ring light module against external influences can be achieved.
  • Cover plate is preferably clear and
  • the cover plate is provided with optically effective coatings such as antireflection layers or filter layers.
  • Ring light module one or more conversion means.
  • the at least one conversion means is to a partial or complete wavelength conversion of the
  • the semiconductor components may themselves comprise a conversion means.
  • Conversion agent applied as a layer on the cover plate and / or on the reflection surface of the reflector.
  • the semiconductor components are preferably not in this case
  • Conversion means arranged spaced.
  • Reflection surface convex curved seen from the semiconductor devices.
  • the reflective surface then has a hyperbolic or parabolic curvature, in the Cross section seen. It is possible in this case that the semiconductor devices are located in or near a focal point of the reflection surface.
  • the semiconductor devices are located in or near a focal point of the reflection surface.
  • Reflection surface then set to a focus or to a parallelization of the radiation emitted by the semiconductor devices radiation.
  • Reflection surface concave shaped. By the reflection surface then a radiation expansion and an increase of a radiation angle can be achieved.
  • the rows can, in
  • the rows or at least two of the rows may have mutually different average diameters and, viewed in plan view, not to coincide.
  • Top view to be arranged on a gap.
  • Main emission direction and the bottom side is then less than 90 °.
  • this angle is between 70 ° and 90 °.
  • this angle can be between 45 ° inclusive and> 90 °.
  • Main emission directions are then preferably between 90 ° and 105 ° or between 90 ° and 135 ° inclusive.
  • the reflector is made of a radiation-transmissive or semi
  • the reflector can then be semi-transparent. A portion of the radiation emitted by the semiconductor components can then pass through the reflector. For example, the reflector at the reflection surface between a degree of reflection
  • the reflector is chromatically selectively reflective.
  • radiation in a certain spectral range can then be reflected by the reflector at the reflection surface and radiation in a different spectral range at least partially penetrates the reflector.
  • the reflector then preferably acts refractive.
  • the reflector is for at least a portion of that of the semiconductor device
  • Semiconductor devices emitted radiation total reflection at the reflection surface. It is possible that a certain part of the radiation, which impinges on the reflection surface in a certain angular range, penetrates into the reflector. In particular, for such radiation may be provided in the reflector, a further, inner reflection surface.
  • Reflection surface formed of at least two facets.
  • the facets are preferably by an edge or a kink, so a particular non-differentiable body,
  • the semiconductor components are assigned. By faceting the reflection surface, an improved setting of a radiation characteristic of the ring light module can be achieved. If the reflection surface is not faceted, then the reflection surface, in particular seen in cross section, is a continuous and differentiable, ie smooth, surface. In accordance with at least one embodiment of the ring light module, the semiconductor components are displaceably mounted relative to the reflection surface. It can here the
  • Reflection surface can be moved or changed in shape. This is for example through a mechanism
  • the ring light module comprises at least five or at least six or at least eight or at least twelve of the semiconductor components. Alternatively or additionally, the number of
  • an average diameter of the inner surface enclosed by the arrangement line is at least 5 mm or at least 8 mm.
  • the mean diameter can be at most 50 mm or at most 35 mm.
  • the reflector may have a maximum height, with respect to the bottom side, of at least 2 mm or of at least 4 mm. Likewise, the maximum height may be no more than 50 mm or no more than 30 mm, no more than 15 mm or not more than 9 mm.
  • At least one of the semiconductor devices is or are most
  • Luminous flux of at least 35 Im or of at least 50 Im or of at least 60 Im to produce at least 50% or at least 75% or at least 90% of the
  • the radiation characteristic of the ring light module is then determined substantially by the reflector and a radiation component emitted directly by the semiconductor components, which leaves the ring light module without reflection at the reflector, preferably only makes a subordinate component.
  • the radiation characteristic of the ring light module is then determined substantially by the reflector and a radiation component emitted directly by the semiconductor components, which leaves the ring light module without reflection at the reflector, preferably only makes a subordinate component.
  • emitted radiation has a reflectance of at least 85% or at least 90%. It is possible that the
  • Reflection surface with a metal coating such as with
  • Ring light module then has, for example, a disk-shaped or cylindrical outer shape.
  • a rotation axis preferably passes through the center of the reflector and the reflection surface.
  • the semiconductor components are preferably also arranged rotationally symmetrical.
  • the lens is in particular one
  • a lens top facing away from the reflector preferably has a central minimum, and a lens underside facing the reflector can exhibit a circumferential, annular minimum.
  • the lens is beam-forming both by reflection and by refraction. It is possible that a portion of the radiation emitted by the semiconductor devices is directed at the lens bottom in the direction away from the top of the lens, with that portion of the radiation not passing through the lens. According to at least one embodiment, the
  • Main emission directions of the semiconductor devices oriented parallel or perpendicular to mounting sides of the semiconductor devices.
  • the semiconductor devices are so-called side-lookers.
  • the semiconductor components are then produced from a common leadframe composite.
  • the semiconductor devices can be electrically
  • leadframe be connected in parallel or electrically in series. It is possible for the leadframe to be replaced by a
  • Enclosed encapsulation body in which the semiconductor components may be partially or completely enclosed in which the semiconductor components may be partially or completely enclosed.
  • the semiconductor components may be unfired LED chips that are mounted directly on the lead frame and immediately surrounded by the potting.
  • the ring light module is arranged to emit radiation on two opposite main sides.
  • two of the reflectors of the ring light module are then oriented antiparallel to each other and, viewed in plan view on one of the main sides, preferably arranged congruently one above the other.
  • the two reflectors can be shaped the same or different from each other, for example, with mutually different, average curvatures.
  • a method for producing a ring light module is specified.
  • the ring light module may be a module as indicated in one or more of the above embodiments. Features of the method are therefore also disclosed for the ring light module and vice versa.
  • the method comprises at least the following steps, in particular in the order given:
  • the carrier comprises a metal core board, a lead frame and / or a flexible circuit board or is.
  • the carrier is rolled up or bent up to the arrangement line.
  • the part of the carrier on which the semiconductor devices are mounted is then one, for example
  • Circuit board strip that is formed into a ring.
  • the carrier after attaching the semiconductor devices, in places
  • Figures 1 to 8 and 14 to 16 are schematic representations of embodiments of ring light modules described herein, and
  • FIG. 9 to 13 are schematic representations of
  • FIG. 1A shows in a sectional view and in FIG. 1B a perspective illustration of an exemplary embodiment of a ring light module 1.
  • the ring light module 1 comprises a carrier 4, on which a plurality of optoelectronic
  • Main emission directions 20 of the LEDs 2 each have to a center 44 of the ring light module 1. Die
  • Main emission directions 20 are oriented differently from each other.
  • the ring light module 1 includes a reflector 3 with a reflection surface 30.
  • the center 44 has the
  • Reflector 3 a maximum height, based on a Bottom side 40 of the ring light module 1, the one
  • Radiation main side 45 is preferably the entire, in
  • Ring light module 1 emitted radiation emitted.
  • the semiconductor components 2 are arranged along a circular, closed arrangement line 42, symbolized in FIG. 1 by a dashed line.
  • the arrangement line 42 includes the reflector 3, seen in plan view, in
  • the reflection surface 30 is smooth and convex shaped, from the viewpoint of the semiconductor devices 2.
  • the semiconductor devices 2 are located approximately at a focal point of the reflection surface 30.
  • beam focusing is achieved.
  • a high luminance is achieved.
  • a homogenization of the radiation emitted by the semiconductor components 2 radiation can be achieved.
  • FIG. 2 A further exemplary embodiment of the ring light module 1 is shown in FIG. 2, see the front view according to FIG. 2A, the sectional views according to FIG. 2B and according to FIG. 2C, the top view according to FIG. 2D and the perspective view according to FIG. 2E.
  • the ring light module 1 Compared with FIG. 1, the ring light module 1 according to FIG. 2 comprises a larger number of semiconductor components 2.
  • the reflection surface 30 is shaped as a conical jacket and has a triangular shape when viewed in cross section. A radiation R emitted from the semiconductor devices 2 is reflected at the reflection surface 30. It is possible that the reflector 3 from a
  • an additional reflective layer for example a metal coating, may optionally be provided on the bottom side 40, which is not shown in FIG.
  • FIG. 3 shows further exemplary embodiments of the ring light module 1 in schematic sectional views.
  • Ring light modules 1 each preferably have a heat sink 8, for example, with cooling fins, the thermally preferred in
  • the carrier 4 comprises a good thermally conductive material such as copper and is for example made of a metal core board
  • the reflector 3 is formed as a cone and seen in cross-section triangular.
  • the reflector 3 lies completely within one of the carrier 4
  • Semiconductor devices 2 is not a direct, not interrupted by the reflector 3 line of sight, as preferred in the other embodiments.
  • the reflector 3 is shaped as a truncated cone and has a cross section
  • FIG. 3C a reflector 3 is seen from the perspective of FIG.
  • the reflection surface 30 is formed by a plurality of facets 35.
  • the facets 35 are separated by edges.
  • a cover plate 6 may be provided on the light exit side 45. Furthermore optionally, a conversion means 7 for the partial wavelength conversion of the radiation generated by the semiconductor components 2 can be provided on the cover plate 6
  • the semiconductor components 2 are arranged in two rows which lie one above another in the direction perpendicular to the bottom side 40.
  • the reflector 3 projects beyond the carrier 4, in the direction away from the bottom side 40, according to FIG. 3F.
  • the reflection side 30 is coated with the conversion means 7.
  • the conversion means 7 extends only to certain portions of the reflective surface 30.
  • An applied on the reflector 3 conversion means 7 may also be present in all other embodiments.
  • the ring light module 1 according to FIG. 3G also has two facets 35. It is possible that each of the facets 35 is associated with exactly one of the rows of the semiconductor devices 2. Unlike drawn, the facets, viewed in cross-section, not only straight surfaces, but also have curved surfaces.
  • the reflector 3 is semi-transparent. Only part of the radiation R is reflected at the reflection surface 30. Another part of
  • Radiation R passes through the reflector 3 and is at the
  • Reflection surface 30 a total of twice broken.
  • the reflector 3 is designed as a spectrally dependent reflecting mirror.
  • a radiation Rl having a first spectral composition is deposited at the
  • Reflection surface 30 reflected.
  • a radiation R2 with a different spectral composition passes through the reflector 3 and undergoes a refraction at the reflection surface 30.
  • Semi-transparent and / or dichroic reflectors 3 can also be used in the other geometric shapes of the reflector 3, cf. for example FIG.
  • FIG. 5 shows that the ring light module 1 has a reflector 3 with a variable reflection surface 30a, 30b.
  • the reflector 3 can have a convex, light-collecting reflection surface 30a or a light-distributing, concave reflection surface 30b.
  • the reflector 3 is cosinusoidal in cross-section is.
  • the reflection surface 30 has in the center 44, in which the reflector 3 has a maximum height, no peak, but runs around.
  • the reflector 3 according to FIG. 6B has a greater curvature.
  • the main emission directions 20 of the semiconductor devices 2 point away from the bottom side 40. Unlike shown it is like in all others
  • Main emission directions 20 point towards the bottom side 40 or parallel to the bottom side.
  • the reflector 3 is followed by a lens 5.
  • the lens is both refractive and reflective. This makes it possible that a portion of the radiation R against the main emission direction of
  • FIG. 9 shows a production method for the
  • strip-shaped carrier 4 is provided. Further, the semiconductor devices 2 are provided. Both
  • Semiconductor components 2 may be light-emitting diodes with a thinned LED chip.
  • the semiconductor components 2 then preferably have an intermediate carrier 27 with a
  • the potting body 28 may be rotationally symmetric or, in Seen top view of the mounting side 24, also be shaped ellipsoid.
  • the main emission direction 20 is oriented perpendicular to the mounting side 24. Notwithstanding this, it is also possible for light-emitting diode chips to be mounted on the carrier 4 in the uncausaged state, see also FIG. 9B.
  • the carrier 4 with the semiconductor components 2 is rolled up into a ring.
  • the reflector 3 is attached. This results in a ring light module 1, as shown for example in connection with FIG. 1B.
  • the semiconductor components 2 are mounted on the planar carrier 4.
  • the carrier 4 has a central region for the bottom side 40 and star-shaped regions for the side walls 48.
  • the areas for the side walls 48 are folded over so that the ring light module 1 results.
  • the areas for the side walls 48 may not only be rectangular but also rectangular
  • the main emission directions 20 of the semiconductor devices may point to the bottom side 40, see FIG. 10B, or from FIG
  • FIG. 1A Another embodiment of the manufacturing process is shown in FIG. According to Figure IIA are the
  • Illustration is the reflector in Figure IIB not shown.
  • laterally emitting semiconductor components 2 are provided, compare FIG. 12A.
  • the carrier 4 is designed annular or plate-like, see also Figure 12A.
  • the semiconductor components 2 whose
  • Main emission direction 20 is oriented parallel to the mounting side 24, applied to the support 4.
  • the reflector is not drawn.
  • FIG. 13 shows schematically that the carrier 4 is formed by a lead frame 27.
  • the semiconductor devices 2 mounted on the lead frame 27 are not drawn in FIG. According to the length necessary for the arrangement line 42, the lead frame 27 is singulated, symbolized by the dashed lines.
  • Sectional view in Figure 14A has a convex-shaped reflector 3. This results in a close
  • An emission angle is approximately 60 °, based on the full width at half the height of the
  • the ring light module 1 according to FIG. 15A has a concave reflector 3. This results in a broader radiation characteristic, see Figure 15B, with a
  • a plurality of, in particular structurally identical, carriers 4 with the associated semiconductor components 2 are mounted on the reflector 3, so that the semiconductor components 2 are arranged one above the other in a plurality of rows. Notwithstanding this, it is possible that the individual rows of the semiconductor devices 2 are formed differently from each other. Even with such a ring light module 1, a narrow emission characteristic with respect to the emission angle results, compare FIG. 16C. An emission angle is about 80 ° FWHM. The invention described here is not by the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Description

Beschreibung
Ringlichtmodul und Verfahren zur Herstellung eines
Ringlichtmoduls
Es wird ein Ringlichtmodul angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringlichtmoduls angegeben . Die Druckschrift DE 10 2010 046 255 AI betrifft eine
Beleuchtungsvorrichtung mit ringförmig angeordneten
Leuchtdioden .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Ringlichtmodul anzugeben, das eine hohe Leuchtdichte und eine hohe
Abstrahlhomogenität aufweist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Ringlichtmodul und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Ringlichtmodul mehrere lichtemittierende, optoelektroni Halbleiterbauteile. Bei den Halbleiterbauteilen handelt sich bevorzugt um Leuchtdioden. Insbesondere emittieren
Halbleiterbauteile sichtbares Licht, beispielsweise im blauen, grünen und/oder roten Spektralbereich. Bei den
Halbleiterbauteilen kann es sich auch um gelbes oder we
Licht emittierende Leuchtdioden handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Halbleiterbauteile jeweils eine, insbesondere genau eine Hauptemissionsrichtung auf. Die Hauptemissionsrichtung ist diejenige Richtung, entlang der eine maximale Intensität abgestrahlt wird. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Emissionsrichtungen in voneinander verschiedene Richtungen. Beispielsweise zeigen jeweils benachbarte Halbleiterbauteile in voneinander verschiedene Emissionsrichtungen. Es ist möglich, dass jeweils genau zwei Halbleiterbauteile eine antiparallele Hauptemissionsrichtung aufweisen und dass jeweils keine zwei Hauptemissionsrichtungen in dieselbe
Richtung weisen. Mit anderen Worten können die
Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile paarweise voneinander verschieden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Ringlichtmodul einen oder mehrere Reflektoren. Der mindestens eine Reflektor weist eine gekrümmte Reflexionsfläche auf. Mit anderen Worten liegt die Reflexionsfläche nicht in einer Ebene. Der Reflektor sowie die Reflexionsfläche können entlang unterschiedlicher Raumrichtungen gekrümmt sein und/oder mehr als eine Krümmung aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Ringlichtmodul einen Träger auf. Die Halbleiterbauteile sind an dem Träger angebracht, beispielsweise über ein Löten oder über ein Kleben. Es umfasst der Träger insbesondere
elektrische Leiterbahnen und elektrische Anschlussstellen zu einer Bestromung und Ansteuerung der Halbleiterbauteile.
Weiterhin weist der Träger bevorzugt eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Es ist der Träger beispielsweise eine Metallkernplatine, eine flexible Leiterplatte oder ein Leiterrahmen oder es umfasst der Träger zumindest eine der genannten Komponenten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterbauteile, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, entlang einer Anordnungslinie um die
Reflexionsfläche herum angeordnet. Bevorzugt liegt die gesamte Reflexionsfläche innerhalb der Anordnungslinie, jedoch liegt bevorzugt mindestens ein Anteil von 50 % oder von 80 % der Reflexionsfläche, in Draufsicht gesehen,
innerhalb der Anordnungslinie. Es ist möglich, dass die
Anordnungslinie, in Draufsicht gesehen, ringförmig geformt ist. Insbesondere bildet die Anordnungslinie einen
geschlossenen Ring. Ebenso kann die Anordnungslinie auch als spiralförmiger Ring gestaltet sein.
Beispielsweise verläuft die Anordnungslinie durch
geometrische Mittelpunkte der Halbleiterbauteile, in
Draufsicht gesehen. Bei der Anordnungslinie kann es sich um eine fiktive Linie handeln. Es ist möglich, dass die
Anordnungslinie in einer Ebene verläuft oder eine
dreidimensionale Kurve, etwa eine Spirale, ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Reflektor in einem Zentrum eine maximale Höhe auf. Die Höhe ist hierbei insbesondere auf eine Bodenseite des Ringlichtmoduls bezogen. Die Bodenseite liegt dabei einer Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls gegenüber. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt das Zentrum in einer geometrischen Mitte einer von der Anordnungslinie umschlossenen Innenfläche. Dass sich das Zentrum in der geometrischen Mitte der Innenfläche befindet, kann bedeuten, dass in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen das
Zentrum in einem Abstand von höchstens 10 % oder von
höchstens 5 % oder von höchstens 2 % eines mittleren
Durchmessers der Innenfläche zur geometrischen Mitte
befindet. Mit anderen Worten ist es nicht zwingend notwendig, dass das Zentrum und die geometrische Mitte der Innenfläche exakt zusammenfallen. Bevorzugt ist dies jedoch der Fall.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile, in
Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, je zu dem
Zentrum. Dass die Hauptemissionsrichtungen zum Zentrum weisen, kann bedeuten, dass die Hauptemissionsrichtungen mit einer Toleranz von höchstens 15° oder von höchstens 10° oder von höchstens 5° oder exakt auf das Zentrum hin zeigen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterbauteile entlang der Anordnungslinie dicht
angeordnet. Dicht angeordnet kann bedeuten, dass ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen entlang der
Anordnungslinie höchstens ein 1,5-Faches oder höchstens ein 1,0-Faches einer mittleren Kantenlänge der Halbleiterbauteile oder eines mittleren Durchmessers der Halbleiterbauteile beträgt. Mit anderen Worten ist dann ein Abstand zwischen benachbarten Halbleiterbauteilen kleiner oder in derselben Größenordnung wie Abmessungen der Halbleiterbauteile, in Draufsicht auf die Halbleiterbauteile gesehen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
Ringlichtmodul mehrere lichtemittierende, optoelektronische Halbleiterbauteile, die je eine Hauptemissionsrichtung aufweisen. Das Ringlichtmodul beinhaltet ferner einen
Reflektor, der eine gekrümmte Reflexionsfläche aufweist. Die Reflexionsfläche ist dazu eingerichtet, die von den
Halbleiterbauteilen im Betrieb emittierte Strahlung zu reflektieren. Es sind die Halbleiterbauteile an einem Träger angebracht. Die Halbleiterbauteile sind, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen, entlang einer Anordnungslinie ringförmig um die Reflexionsfläche herum angeordnet. In einem Zentrum weist der Reflektor eine maximale Höhe auf, bezogen auf eine Bodenseite des Ringlichtmoduls. Die Bodenseite liegt dabei einer Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls
gegenüber. Das Zentrum befindet sich in einer geometrischen Mitte einer von der Anordnungslinie umschlossenen
Innenfläche, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche gesehen und mit einer Toleranz von höchstens 10 % eines mittleren Durchmessers der Innenfläche. In Draufsicht auf die
Reflexionsfläche gesehen, weisen die
Hauptemissionsrichtungen, mit einer Toleranz von höchstens 15°, je zu dem Zentrum hin. Entlang der Anordnungslinie sind die Halbleiterbauteile dicht angeordnet. Um einen hohen Lichtstrom zu erreichen, ist eine Skalierung einzelner Halbleiterbauteile wie Leuchtdioden hin zu größeren optischen Ausgangsleistungen nur bis zu einem bestimmten Maß technisch sinnvoll. Um eine höhere Lichtleistung zu
erreichen, werden dann mehrere Halbleiterbauteile zu
Halbleitermodulen gebündelt. Da ein solches Modul aus mehreren, näherungsweise punktförmigen Lichtquellen
zusammengesetzt ist, ist für viele Anwendungen eine
Homogenisierung der Abstrahlcharakteristik erforderlich.
Insbesondere soll das von dem Modul abgestrahlte Licht hinsichtlich der Lichtfarbe und der Leuchtdichte möglichst homogen sein und über einen möglichst großen Bereich monoton verlaufen und möglichst wenig unstetige Stellen oder scharfe Knicke aufweisen. Ferner soll das Modul möglichst geringe geometrische Abmessungen aufweisen, um einen hohen Lichtstrom und eine hohe Effizienz zu ermöglichen.
Bei herkömmlichen Modulen wird diese Homogenisierung
insbesondere über diffuse optische Elemente erzielt. Ein
Diffusormaterial kann hierbei einem Volumenverguss beigegeben sein oder sich beispielsweise in Diffusorplatten befinden, sodass eine Durchmischung des von den einzelnen
Halbleiterbauteilen emittierten Lichts zu einem homogenen Erscheinungsbild stattfindet. Hierbei tritt jedoch in der
Regel eine Mehrfachstreuung in dem Diffusormaterial auf, was zu einem Effizienzverlust führen kann und außerdem einen Abstrahlwinkel des Moduls in der Regel vergrößert. Um eine Richtwirkung trotz Einsatz eines Diffusors aufrecht zu erhalten, sind in der Regel vergleichsweise aufwändige
Reflektoren zu verwenden, die ebenso zu einem
Effizienzverlust führen können. Diese genannten
Schwierigkeiten treten insbesondere bei planar angeordneten Halbleiterbauteilen auf, deren Emissionsrichtungen parallel zueinander orientiert sind.
Durch die Anordnung der Halbleiterbauteile entlang der ringförmigen Anordnungslinie und durch den nicht planaren Reflektor ist eine Homogenisierung der Abstrahlung des
Ringlichtmoduls erzielbar, ohne dass ein separater Diffusor notwendig ist. Ferner bleibt eine Richtungscharakteristik der Abstrahlung der Halbleiterbauteile erhalten und wird nicht durch einen Diffusor aufgeweitet. Weiterhin ist eine kompakte Anordnung mit einer hohen Leuchtdichte möglich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Reflexionsfläche um eine spekular oder um eine diffus reflektierende Fläche. Diffus reflektierend kann hierbei bedeuten, dass eine Streuung lediglich in einen kleinen
Winkelbereich hinein erfolgt, sodass durch die diffuse
Streuung an der Reflexionsfläche keine signifikante Änderung einer Abstrahlwinkelcharakteristik auftritt. Kleiner
Winkelbereich kann bedeuten, dass ein Öffnungswinkel eines Streukegels höchstens 4° oder höchstens 6° beträgt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterbauteile entlang der Anordnungslinie derart dicht angeordnet, dass ein Abstand zwischen benachbarten
Halbleiterbauteilen entlang der Anordnungslinie höchstens 300 % oder höchstens 200 % oder höchstens 75 % der mittleren Kantenlänge oder des mittleren Durchmessers der
Halbleiterbauteile beträgt. Die mittlere Kantenlänge oder der mittlere Durchmesser wird hierbei insbesondere in einer Ebene senkrecht zu der Hauptemissionsrichtung bestimmt. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Abstand bei höchstens 3,5 mm oder bei höchstens 5,5 mm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle
Halbleiterbauteile baugleich. In diesem Fall weisen alle Halbleiterbauteile, im Rahmen der Herstellungstoleranzen, gleiche geometrische Abmessungen auf und emittieren im bestimmungsgemäßen Gebrauch bevorzugt Licht einer gleichen spektralen Zusammensetzung und einer gleichen räumlichen AbstrahlCharakteristik .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform unterscheiden sich die räumliche Abstrahlcharakteristika der Halbleiterbauteile voneinander. Beispielsweise umfasst das Ringlichtmodul dann Halbleiterbauteile mit einer ersten, räumlich engeren
Abstrahlcharakteristik und andere Halbleiterbauteile mit einer anderen, räumlich breiteren Abstrahlcharakteristik. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul eine Abdeckplatte . Die Abdeckplatte ist bevorzugt an der Strahlungshauptseite angebracht. Über die Abdeckplatte ist ein Schutz der Halbleiterbauteile sowie des Ringlichtmoduls vor äußeren Einflüssen erzielbar. Die
Abdeckplatte ist bevorzugt klarsichtig und
strahlungsdurchlässig für die im Ringlichtmodul erzeugte Strahlung. Es ist möglich, dass die Abdeckplatte mit optisch wirksamen Beschichtungen wie Antireflexionsschichten oder Filterschichten versehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Ringlichtmodul eines oder mehrere Konversionsmittel. Das mindestens eine Konversionsmittel ist zu einer teilweisen oder vollständigen Wellenlängenkonversion der von den
Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eingerichtet.
Alternativ oder zusätzlich können auch die Halbleiterbauteile selbst ein Konversionsmittel umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das
Konversionsmittel als Schicht an der Abdeckplatte und/oder auf der Reflexionsfläche des Reflektors aufgebracht. Die Halbleiterbauteile stehen hierbei bevorzugt nicht in
unmittelbarem Kontakt zu dem Konversionsmittel an der
Abdeckplatte und/oder an der Reflexionsfläche. Mit anderen Worten sind die Halbleiterbauteile dann von dem
Konversionsmittel beabstandet angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Reflexionsfläche konvex gekrümmt, von den Halbleiterbauteilen aus gesehen. Beispielsweise weist die Reflexionsfläche dann eine hyperbelförmige oder parabelförmige Krümmung auf, im Querschnitt gesehen. Es ist in diesem Fall möglich, dass sich die Halbleiterbauteile in oder nahe einem Brennpunkt der Reflexionsfläche befinden. Insbesondere ist die
Reflexionsfläche dann zu einer Fokussierung oder zu einer Parallelisierung der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Reflexionsfläche konkav geformt. Durch die Reflexionsfläche kann dann eine Strahlungsaufweitung und eine Vergrößerung eines Abstrahlwinkels erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleiterbauteile in mindestens zwei Reihen um die
Reflexionsfläche herum angeordnet. Die Reihen können, in
Richtung senkrecht zur Bodenseite, übereinander folgen und in Draufsicht auf die Bodenseite deckungsgleich verlaufen.
Ebenso ist es möglich, dass die Reihen oder zumindest zwei der Reihen voneinander verschiedene mittlere Durchmesser aufweisen und, in Draufsicht gesehen, nicht deckungsgleich verlaufen. Weiter ist es möglich, dass die Reihen, in
Draufsicht gesehen, verdreht zueinander angeordnet sind. Die Halbleiterbauteile benachbarter Reihen können dann, in
Draufsicht, auf Lücke angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Hauptemissionsrichtungen von mindestens einem Teil der
Halbleiterbauteile, von allen Halbleiterbauteilen oder von den Halbleiterbauteilen in wenigstens einer der Reihen hin zu der Bodenseite. Ein Winkel zwischen der
Hauptemissionsrichtung und der Bodenseite ist dann kleiner als 90°. Beispielsweise liegt dieser Winkel zwischen 70° und 90°. Ebenso kann dieser Winkel zwischen einschließlich 45° und > 90° liegen. Alternativ ist es möglich, dass die
Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile oder eines Teils der Halbleiterbauteile von der Bodenseite weg weisen. Der Winkel zwischen der Bodenseite und den
Hauptemissionsrichtungen liegt dann bevorzugt zwischen einschließlich 90° und 105° oder zwischen einschließlich 90° und 135 ° .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor aus einem strahlungsdurchlässigen oder halb
strahlungsdurchlässigen Material gebildet. Mit anderen Worten kann der Reflektor dann semi-transparent sein. Ein Teil der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung kann dann den Reflektor durchlaufen. Beispielsweise weist der Reflektor an der Reflexionsfläche einen Reflexionsgrad zwischen
einschließlich 30 % und 80 % oder zwischen einschließlich 50 % und 70 % auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor chromatisch selektiv reflektierend. Mit anderen Worten kann dann Strahlung in einem bestimmten Spektralbereich von dem Reflektor an der Reflexionsfläche reflektiert werden und Strahlung in einem hiervon verschiedenen Spektralbereich durchdringt wenigstens zum Teil den Reflektor. Für den letztgenannten Teil der Strahlung wirkt der Reflektor dann bevorzugt refraktiv.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Reflektor für zumindest einen Teil der von dem Halbleiterbauteil
emittierten Strahlung totalreflektierend gestaltet.
Beispielsweise erfährt dann mehr als 50 % oder mehr als 70 % der auf den Reflektor auftreffenden, von den
Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eine Totalreflexion an der Reflexionsfläche. Es ist möglich, dass ein bestimmter Teil der Strahlung, die in einem bestimmten Winkelbereich auf die Reflexionsfläche auftrifft, in den Reflektor eindringt. Insbesondere für solche Strahlung kann in dem Reflektor eine weitere, innen liegende Reflexionsfläche vorgesehen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Reflexionsfläche aus mindestens zwei Facetten gebildet. Die Facetten sind bevorzugt durch eine Kante oder einen Knick, also eine insbesondere nicht differenzierbare Stelle,
voneinander getrennt. Es ist möglich, dass einzelne der
Facetten bestimmten Halbleiterbauteilen oder Reihen von
Halbleiterbauteilen zugeordnet sind. Durch die Facettierung der Reflexionsfläche ist eine verbesserte Einstellung einer Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls erzielbar. Ist die Reflexionsfläche nicht facettiert, so handelt es sich bei der Reflexionsfläche, insbesondere im Querschnitt gesehen, um eine stetige und differenzierbare, also glatte, Fläche. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Ringlichtmoduls sind die Halbleiterbauteile, relativ zu der Reflexionsfläche, verschiebbar gelagert. Es können hierbei die
Halbleiterbauteile bewegbar gelagert sein oder auch die
Reflexionsfläche kann verschoben oder in ihrer Form verändert werden. Dies ist beispielsweise durch eine Mechanik
realisierbar oder durch pneumatische oder hydraulische
Vorrichtungen. Ebenso ist eine temperaturabhängige
Veränderung des Abstands von Halbleiterbauteilen zur
Reflexionsfläche, etwa über Bimetalle, erzielbar. Auch können Aktuatoren wie Piezoaktuatoren verwendet werden. Insbesondere kann die Reflexionsfläche von konkav auf konvex gekrümmt und umgekehrt umschaltbar sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul mindestens fünf oder mindestens sechs oder mindestens acht oder mindestens zwölf der Halbleiterbauteile. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der
Halbleiterbauteile bei höchstens 32 oder bei höchstens 25.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Durchmesser der Innenfläche, die von der Anordnungslinie umschlossen ist, bei mindestens 5 mm oder bei mindestens 8 mm. Der mittlere Durchmesser kann höchstens 50 mm oder höchstens 35 mm betragen. Alternativ oder zusätzlich kann der Reflektor eine maximale Höhe, bezogen auf die Bodenseite, von mindestens 2 mm oder von mindestens 4 mm aufweisen. Ebenso kann die maximale Höhe bei höchstens 50 mm oder bei höchstens 30 mm oder bei höchstens 15 mm oder bei höchstens 9 mm liegen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist mindestens eines der Halbleiterbauteile oder sind die meisten
Halbleiterbauteile oder sind alle Halbleiterbauteile dazu eingerichtet, im bestimmungsgemäßen Gebrauch je einen
Lichtstrom von mindestens 35 Im oder von mindestens 50 Im oder von mindestens 60 Im zu erzeugen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform trifft mindestens 50 % oder mindestens 75 % oder mindestens 90 % des von den
Halbleiterbauteilen emittierten Lichts auf die
Reflexionsfläche. Das heißt, die Abstrahlcharakteristik des Ringlichtmoduls wird dann im Wesentlichen durch den Reflektor bestimmt und ein unmittelbar von den Halbleiterbauteilen emittierter Strahlungsanteil, der das Ringlichtmodul ohne Reflexion an dem Reflektor verlässt, macht bevorzugt nur einen untergeordneten Anteil aus. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Reflexionsfläche für die von den Halbleiterbauteilen
emittierte Strahlung einen Reflexionsgrad von mindestens 85 % oder mindestens 90 % auf. Es ist möglich, dass die
Reflexionsfläche mit einer Metallbeschichtung, etwa mit
Silber oder mit Aluminium, versehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Reflexionsfläche rotationssymmetrisch geformt. Das
Ringlichtmodul weist dann beispielsweise eine scheibenförmige oder zylinderförmige äußere Gestalt auf. Eine Rotationsachse verläuft bevorzugt durch das Zentrum des Reflektors und der Reflexionsfläche. Die Halbleiterbauteile sind bevorzugt ebenfalls rotationssymmetrisch angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist an der
Strahlungshauptseite des Ringlichtmoduls eine Linse
angebracht. Die Linse ist insbesondere aus einem
strahlungsdurchlässigen und klarsichtigen Material gebildet. Eine dem Reflektor abgewandte Linsenoberseite weist bevorzugt ein zentrales Minimum auf und eine dem Reflektor zugewandte Linsenunterseite kann ein umlaufendes, ringförmiges Minimum aufzeigen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt die Linse sowohl durch Reflexion als auch durch Refraktion strahlformend. Es ist möglich, dass ein Teil der von den Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung an der Linsenunterseite in Richtung weg von der Linsenoberseite gelenkt wird, wobei dieser Teil der Strahlung die Linse nicht durchläuft. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Hauptemissionsrichtungen der Halbleiterbauteile parallel oder senkrecht zu Befestigungsseiten der Halbleiterbauteile orientiert. In dem Fall, dass die Hauptemissionsrichtungen parallel zu den Befestigungsseiten ausgerichtet sind, handelt es sich bei den Halbleiterbauteilen um so genannte side looker .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verfügen die
Halbleiterbauteile über einen gemeinsamen Leiterrahmen.
Beispielsweise sind die Halbleiterbauteile dann aus einem gemeinsamen Leiterrahmenverbund heraus gefertigt. Über den Leiterrahmen können die Halbleiterbauteile elektrisch
parallel oder auch elektrisch in Serie geschaltet sein. Es ist möglich, dass der Leiterrahmen dann von einem
Vergusskörper umgeben ist, in dem auch die Halbleiterbauteile teilweise oder vollständig eingeschlossen sein können. In diesem Fall kann es sich bei den Halbleiterbauteilen um ungehauste Leuchtdiodenchips handeln, die unmittelbar auf den Leiterrahmen montiert und unmittelbar von dem Verguss umgeben sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Ringlichtmodul zu einer Abstrahlung an zwei einander gegenüberliegenden Hauptseiten eingerichtet. Beispielsweise sind dann zwei der Reflektoren des Ringlichtmoduls antiparallel zueinander orientiert und, in Draufsicht auf eine der Hauptseiten gesehen, bevorzugt deckungsgleich übereinander angeordnet. Die beiden Reflektoren können gleich oder unterschiedlich voneinander geformt sein, etwa mit voneinander verschiedenen, mittleren Krümmungen. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines Ringlichtmoduls angegeben. Bei dem Ringlichtmodul kann es sich um ein Modul handeln, wie in einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Ringlichtmodul offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens die folgenden Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge:
- Befestigen der Halbleiterbauteile auf dem Träger, und
- Anbringen des Reflektors an dem Träger, wobei der Träger eine Metallkernplatine, einen Leiterrahmen und/oder eine flexible Leiterplatte umfasst oder ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Träger, nach dem Befestigen der Halbleiterbauteile, zu der Anordnungslinie aufgerollt oder aufgebogen. Bei dem Teil des Trägers, auf dem die Halbleiterbauteile angebracht sind, handelt es sich dann beispielsweise um einen
Leiterplattenstreifen, der zu einem Ring geformt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Träger, nach dem Befestigen der Halbleiterbauteile, stellenweise
umgeknickt oder umgebogen. Durch das Umknicken oder Umbiegen können die Bodenseite und Seitenwände des Ringlichtmoduls ausgebildet werden. Es ist möglich, dass die Seitenwände segmentiert sind und aus mehreren umgebogenen Teilen gebildet werden oder auch, dass die Bodenseite segmentiert ist. Die Schritte des Aufrollens und des Umbiegens können miteinander kombiniert sein. Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Ringlichtmodul sowie ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine
maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1 bis 8 und 14 bis 16 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen Ringlichtmodulen, und
Figuren 9 bis 13 schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen
Verfahren zur Herstellung von hier beschriebenen Ringlichtmodulen .
In Figur 1A ist in einer Schnittdarstellung und in Figur 1B in einer perspektivischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Ringlichtmoduls 1 gezeigt. Das Ringlichtmodul 1 umfasst einen Träger 4, an dem mehrere optoelektronische
Halbleiterbauteile, bevorzugt Leuchtdioden, angebracht sind. Hauptemissionsrichtungen 20 der Leuchtdioden 2 weisen jeweils zu einem Zentrum 44 des Ringlichtmoduls 1. Die
Hauptemissionsrichtungen 20 sind verschieden voneinander orientiert .
Ferner beinhaltet das Ringlichtmodul 1 einen Reflektor 3 mit einer Reflexionsfläche 30. In dem Zentrum 44 weist der
Reflektor 3 eine maximale Höhe auf, bezogen auf eine Bodenseite 40 des Ringlichtmoduls 1, die einer
Strahlungshauptseite 45 gegenüberliegt. An der
Strahlungshauptseite 45 wird bevorzugt die gesamte, im
Ringlichtmodul 1 erzeugte Strahlung emittiert.
Die Halbleiterbauteile 2 sind entlang einer kreisförmigen, geschlossenen Anordnungslinie 42 angeordnet, in Figur 1 durch eine Strich-Linie symbolisiert. Die Anordnungslinie 42 schließt den Reflektor 3, in Draufsicht gesehen, im
Wesentlichen ein. Gemäß Figur 1 ist die Reflexionsfläche 30 glatt und konvex geformt, aus Sicht der Halbleiterbauteile 2. Die Halbleiterbauteile 2 befinden sich näherungsweise in einem Brennpunkt der Reflexionsfläche 30. Durch die so geformte Reflexionsfläche 30 wird eine Strahlbündelung erzielt.
Über die ringförmig angeordneten Halbleiterbauteile 2 ist eine hohe Leuchtdichte erzielbar. Durch den Reflektor 3 ist eine Homogenisierung der von den Halbleiterbauteilen 2 emittierten Strahlung erreichbar.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ringlichtmoduls 1 ist in Figur 2 gezeigt, siehe die Vorderansicht gemäß Figur 2A, die Schnittdarstellungen gemäß Figur 2B und gemäß Figur 2C, die Draufsicht gemäß Figur 2D und die perspektivische Darstellung gemäß Figur 2E.
Im Vergleich zu Figur 1 umfasst das Ringlichtmodul 1 gemäß Figur 2 eine größere Anzahl von Halbleiterbauteilen 2. Die Reflexionsfläche 30 ist als Kegelmantel geformt und weist, im Querschnitt gesehen, eine dreieckige Form auf. Eine von den Halbleiterbauteilen 2 emittierte Strahlung R wird an der Reflexionsfläche 30 reflektiert. Es ist möglich, dass der Reflektor 3 aus einem
strahlungsdurchlässigen Material gebildet ist, vergleiche Figur 2C, und über Totalreflexion wirkt. In diesem Fall kann an der Bodenseite 40 optional eine zusätzliche reflektierende Schicht, beispielsweise eine Metallbeschichtung, vorgesehen sein, die in Figur 2 nicht gezeichnet ist.
In Figur 3 sind in schematischen Schnittdarstellungen weitere Ausführungsbeispiele des Ringlichtmoduls 1 gezeigt. Die
Ringlichtmodule 1 weisen jeweils bevorzugt einen Kühlkörper 8 etwa mit Kühlrippen auf, der thermisch bevorzugt in
unmittelbarem Kontakt zu dem Träger 4 steht und zu einer Entwärmung der Halbleiterbauteile 2 eingerichtet ist. Der Träger 4 umfasst ein gut wärmeleitfähiges Material wie Kupfer und ist beispielsweise aus einer Metallkernplatine
hergestellt .
Gemäß Figur 3A ist der Reflektor 3 als Kegel ausgebildet und im Querschnitt gesehen dreieckig geformt. Der Reflektor 3 liegt vollständig innerhalb eines von dem Träger 4
umschlossenen Volumens. Zwischen gegenüberliegenden
Halbleiterbauteilen 2 besteht keine direkte, nicht von dem Reflektor 3 unterbrochene Sichtlinie, wie bevorzugt auch in den anderen Ausführungsbeispielen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3B ist der Reflektor 3 als Kegelstumpf geformt und weist im Querschnitt eine
trapezförmige Gestalt auf.
In Figur 3C ist ein Reflektor 3 mit einer aus Sicht der
Halbleiterbauteile 2 konkaven Form gezeigt. In Figur 3D weist der Reflektor 3 aus Sicht der Halbleiterbauteile 2 eine konvexe Form auf.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 3E gezeigt, ist die Reflexionsfläche 30 durch eine Vielzahl von Facetten 35 gebildet. Die Facetten 35 sind durch Kanten voneinander getrennt .
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann an der Lichtaustrittsseite 45 eine Abdeckplatte 6 vorgesehen sein. Ferner optional kann an der Abdeckplatte 6 ein Konversionsmittel 7 zur teilweisen Wellenlängenkonversion der von den Halbleiterbauteilen 2 erzeugten Strahlung
vorhanden sein, wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen möglich.
In Figur 3F sind die Halbleiterbauteile 2 in zwei Reihen angeordnet, die in Richtung senkrecht zur Bodenseite 40 übereinander liegen. Eine entsprechende Anordnung der
Halbleiterbauteile 2 in mehreren Reihen oder auch
spiralförmig entlang der Seitenwände 48 des Trägers 4 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen. Der Reflektor 3 überragt gemäß Figur 3F den Träger 4, in Richtung weg von der Bodenseite 40.
Optional ist die Reflexionsseite 30 mit dem Konversionsmittel 7 beschichtet. Anders als gezeichnet ist es möglich, dass sich das Konversionsmittel 7 nur auf bestimmte Teilbereiche der Reflexionsfläche 30 erstreckt. Ein auf dem Reflektor 3 aufgebrachtes Konversionsmittel 7 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Auch das Ringlichtmodul 1 gemäß Figur 3G weist zwei Facetten 35 auf. Es ist möglich, dass jede der Facetten 35 genau einer der Reihen der Halbleiterbauteile 2 zugeordnet ist. Anders als gezeichnet können die Facetten, im Querschnitt gesehen, nicht nur gerade verlaufende Flächen, sondern auch gekrümmt verlaufende Flächen aufweisen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4A ist der Reflektor 3 semi-transparent . Nur ein Teil der Strahlung R wird an der Reflexionsfläche 30 reflektiert. Ein anderer Teil der
Strahlung R durchläuft den Reflektor 3 und wird an der
Reflexionsfläche 30 insgesamt zwei Mal gebrochen.
Gemäß Figur 4B ist der Reflektor 3 als spektral abhängig reflektierender Spiegel ausgeführt. Eine Strahlung Rl mit einer ersten spektralen Zusammensetzung wird an der
Reflexionsfläche 30 reflektiert. Eine Strahlung R2 mit einer anderen spektralen Zusammensetzung durchläuft den Reflektor 3 und erfährt eine Brechung an der Reflexionsfläche 30. Semi- transparente und/oder dichroitische Reflektoren 3 können auch bei den anderen geometrischen Formen des Reflektors 3, vergleiche beispielsweise Figur 3, Verwendung finden.
In Figur 5 ist dargestellt, dass das Ringlichtmodul 1 einen Reflektor 3 mit einer veränderlichen Reflexionsfläche 30a, 30b aufweist. Beispielsweise abhängig von einer Temperatur oder von einem Gasdruck innerhalb des Reflektors 3 kann der Reflektor 3 eine konvexe, Licht sammelnde Reflexionsfläche 30a aufweisen oder eine Licht verteilend wirkende, konkave Reflexionsfläche 30b.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist gezeigt, dass der Reflektor 3 im Querschnitt gesehen kosinusförmig ausgebildet ist. Die Reflexionsfläche 30 weist in dem Zentrum 44, in dem der Reflektor 3 eine maximale Höhe aufweist, keine Spitze auf, sondern verläuft rund. Im Vergleich zu Figur 6A weist der Reflektor 3 gemäß Figur 6B eine stärkere Krümmung auf. Die Hauptemissionsrichtungen 20 der Halbleiterbauteile 2 weisen von der Bodenseite 40 weg. Anders als dargestellt ist es wie auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen möglich, dass die
Hauptemissionsrichtungen 20 zu der Bodenseite 40 hin weisen oder parallel zur Bodenseite verlaufen.
In Figur 7 sind zwei Träger 4a, 4b mit den zugehörigen, nicht gezeichneten Reflektoren und Halbleiterbauteilen antiparallel aufeinander gestapelt. Hierdurch ist es möglich, dass eine beidseitige und/oder omnidirektionale Emission der Strahlung R erzielt wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 ist dem Reflektor 3 eine Linse 5 nachgeordnet. Die Linse wirkt sowohl refraktiv als auch reflektiv. Hierdurch ist es möglich, dass ein Teil der Strahlung R entgegen der Hauptemissionsrichtung des
Reflektors 3 und/oder der Halbleiterbauteile 2 geführt wird. In Figur 9 ist ein Herstellungsverfahren für das
Ringlichtmodul 1 illustriert. Gemäß Figur 9A wird der
streifenförmige Träger 4 bereitgestellt. Ferner werden die Halbleiterbauteile 2 bereitgestellt. Bei den
Halbleiterbauteilen 2 kann es sich um Leuchtdioden mit einem gehausten Leuchtdiodenchip handeln. Die Halbleiterbauteile 2 weisen dann bevorzugt einen Zwischenträger 27 mit einer
Montageseite 24 auf sowie einen linsenförmigen Vergusskörper 28. Der Vergusskörper 28 kann rotationssymmetrisch oder, in Draufsicht auf die Montageseite 24 gesehen, auch ellipsoid geformt sein. Die Hauptemissionsrichtung 20 ist senkrecht zur Montageseite 24 orientiert. Abweichend hiervon ist es auch möglich, dass Leuchtdiodenchips im ungehausten Zustand auf den Träger 4 montiert werden, vergleiche auch Figur 9B .
Gemäß Figur 9C wird der Träger 4 mit den Halbleiterbauteilen 2 zu einem Ring aufgerollt. Nachfolgend wird, siehe Figur 9D, der Reflektor 3 angebracht. Hieraus ergibt sich dann ein Ringlichtmodul 1, wie beispielsweise in Verbindung mit Figur 1B dargestellt.
Beim Verfahren gemäß Figur 10 werden die Halbleiterbauteile 2 auf dem planaren Träger 4 montiert. Der Träger 4 weist einen zentralen Bereich für die Bodenseite 40 und sternförmig angeordnete Bereiche für die Seitenwände 48 auf. In einem weiteren Verfahrensschritt, vergleiche die Figuren 10B bis 10D, werden die Bereiche für die Seitenwände 48 umgeklappt, sodass sich das Ringlichtmodul 1 ergibt.
Anders als in Figur 10A dargestellt, können die Bereiche für die Seitenwände 48 nicht nur rechteckig sondern auch
trapezförmig oder dreieckig geformt sein. Entsprechend können die Hauptemissionsrichtungen 20 der Halbleiterbauteile zu der Bodenseite 40 hinweisen, siehe Figur 10B, oder von der
Bodenseite 40 wegweisen, vergleiche Figur IOC.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens ist in Figur 11 gezeigt. Gemäß Figur IIA werden die
Halbleiterbauteile 2 auf den streifenförmigen Träger 4 aufgebracht. Die Bereiche für die Bodenseite 40 sind
dreieckförmig an den Streifen für die Seitenwände 48
angebracht. In Figur IIB ist zu sehen, dass die Bereiche für die Bodenseite 40 umgeklappt werden und der Bereich für die Seitenwände 48 aufgerollt wird. Zur Vereinfachung der
Darstellung ist der Reflektor in Figur IIB nicht gezeigt. Beim Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß Figur 12 werden seitlich emittierende Halbleiterbauteile 2 bereitgestellt, vergleiche Figur 12A. Der Träger 4 ist ringförmig oder plattenartig gestaltet, siehe ebenfalls Figur 12A. Gemäß Figur 12B werden die Halbleiterbauteile 2, deren
Hauptemissionsrichtung 20 parallel zu der Montageseite 24 orientiert ist, auf den Träger 4 aufgebracht. In Figur 12B ist der Reflektor nicht gezeichnet.
In Figur 13 ist schematisch gezeigt, dass der Träger 4 durch einen Leiterrahmen 27 gebildet ist. Die Halbleiterbauteile 2, die auf den Leiterrahmen 27 montiert sind, sind in Figur 13 nicht gezeichnet. Entsprechend der für die Anordnungslinie 42 notwendigen Länge wird der Leiterrahmen 27 vereinzelt, symbolisiert durch die Strich-Linien.
Das Ringlichtmodul gemäß Figur 14, siehe die
Schnittdarstellung in Figur 14A, weist einen konvex geformten Reflektor 3 auf. Hieraus ergibt sich eine enge
Abstrahlcharakteristik, siehe Figur 14B. In Figur 14B ist entlang eines Emissionswinkels φ der Lichtstrom Φ
aufgetragen. Ein Abstrahlwinkel liegt hierbei bei ungefähr 60°, bezogen auf die volle Breite auf halber Höhe des
Maximums, kurz FWHM. Das Ringlichtmodul 1 gemäß Figur 15A weist einen konkav geformten Reflektor 3 auf. Hieraus resultiert eine breitere Abstrahlcharakteristik, siehe Figur 15B, mit einem
Abstrahlwinkel von ungefähr 140° FWHM. Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 16A und 16B werden mehrere, insbesondere baugleiche Träger 4 mit den zugehörigen Halbleiterbauteilen 2 auf den Reflektor 3 montiert, sodass die Halbleiterbauteile 2 in mehreren Reihen übereinander angeordnet sind. Abweichend hiervon ist es möglich, dass die einzelnen Reihen der Halbleiterbauteile 2 unterschiedlich voneinander geformt sind. Auch bei einem solchen Ringlichtmodul 1 ergibt sich eine bezüglich des Emissionswinkels enge Abstrahlcharakteristik, vergleiche Figur 16C. Ein Emissionswinkel liegt bei ungefähr 80° FWHM. Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 109 146.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
Ringlichtmodul (1) mit
- mehreren lichtemittierenden, optoelektronischen
Halbleiterbauteilen (2), die je eine
Hauptemissionsrichtung (20) aufweisen,
- einem Reflektor (3) , der eine gekrümmte
Reflexionsfläche (30) aufweist, und
- einem Träger (4), an dem die Halbleiterbauteile (2) angebracht sind,
wobei
- die Halbleiterbauteile (2), in Draufsicht auf die Reflexionsfläche (30) gesehen, entlang einer
Anordnungslinie (42) ringförmig um die Reflexionsfläche (30) herum angeordnet sind,
- in einem Zentrum (44) der Reflektor (3) eine maximale Höhe aufweist, bezogen auf eine Bodenseite (40) des Ringlichtmoduls (1),
- die Bodenseite (40) einer Strahlungshauptseite (45) gegenüberliegt,
- sich das Zentrum (44) in einer geometrischen Mitte einer von der Anordnungslinie (42) umschlossenen
Innenfläche befindet, in Draufsicht auf die
Reflexionsfläche (30) gesehen und mit einer Toleranz von höchstens 10 % eines mittleren Durchmessers der Innenfläche,
- die Hauptemissionsrichtungen (20), in Draufsicht auf die Reflexionsfläche (30) gesehen, je zu dem Zentrum (44) weisen, und
- entlang der Anordnungslinie (42) die
Halbleiterbauteile (2) dicht angeordnet sind.
2. Ringlichtmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Halbleiterbauteile (2) über einen
gemeinsamen Leiterrahmen (27) verfügen.
3. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem ein Abstand zwischen benachbarten
Halbleiterbauteilen (2) entlang der geschlossenen Anordnungslinie (42) höchstens 200 % einer mittleren Kantenlänge der Halbleiterbauteile (2) beträgt, wobei alle Halbleiterbauteile (2) baugleich sind.
4. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Halbleiterbauteile (2) in mindestens zwei Reihen um die Reflexionsfläche (30) herum angeordnet sind .
5. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Hauptemissionsrichtungen (20) von mindestens einem Teil der Halbleiterbauteile (2) hin zu der
Bodenseite (40) weisen.
6. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem die Reflexionsfläche (30) konkav gekrümmt ist.
7. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem der Reflektor (4) semitransparent und/oder chromatisch selektiv reflektierend ist. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Reflexionsfläche (30) aus mindestens zwei Facetten (35) gebildet ist,
wobei die Facetten (35) durch Kanten voneinander getrennt sind.
Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Halbleiterbauteile (2), relativ zur
Reflexionsfläche (30), verschiebbar sind.
Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
das zwischen einschließlich acht und 32 der
Halbleiterbauteile (2) umfasst,
wobei
- der mittlere Durchmesser der Innenfläche zwischen einschließlich 5 mm und 50 mm liegt,
- die maximale Höhe des Reflektors (3) zwischen einschließlich 2 mm und 50 mm liegt,
- die Halbleiterbauteile (2) dazu eingerichtet sind, bestimmungsgemäßen Gebrauch je einen Lichtstrom von mindestens 50 Im zu erzeugen,
- wenigstens 50 % der von den Halbleiterbauteilen (2) erzeugten Strahlung auf die Reflexionsfläche (30) trifft,
- ein Anteil von mindestens 80 % der auf die
Reflexionsfläche (30) auftreffenden, von den
Halbleiterbauteilen (2) erzeugten Strahlung nach nur einmaliger Reflexion an der Reflexionsfläche (30) zur Strahlungshauptseite (45) gelangt, und - die Reflexionsfläche (30) rotationssymmetrisch geformt ist.
11. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem der Strahlungshauptseite (45) eine Linse (5) nachgeordnet ist,
wobei
- die Linse (5) strahlungsdurchlässig ist,
- eine dem Reflektor (3) abgewandte Linsenoberseite (50) ein zentrales Minimum (51) aufweist,
- eine dem Reflektor (3) zugewandte Linsenunterseite (55) ein umlaufendes Minimum (56) aufweist,
- die Linse (5) sowohl durch Refraktion als auch durch Reflexion strahlformend wirkt, und
- von der Linse (5) ein Teil der von den
Halbleiterbauteilen (2) emittierten Strahlung in
Richtung weg von der Linsenoberseite (50) gelenkt wird und dieser Teil der Strahlung die Linse (5) nicht durchläuft . 12. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
bei dem auf einer Abdeckplatte (6) an der
Strahlungshauptseite (45) und/oder auf der
Reflexionsfläche (30) ein Konversionsmittel (7) zu einer mindestens teilweisen Wellenlängenkonversion der von den Halbleiterbauteilen (2) emittierten Strahlung angebracht ist,
wobei das Konversionsmittel (7) von den
Halbleiterbauteilen (2) beabstandet angeordnet ist. 13. Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei dem die Hauptemissionsrichtungen (20) der
Halbleiterbauteile (2) parallel zu Befestigungsseiten (24) der Halbleiterbauteile (2) orientiert sind.
Ringlichtmodul (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
das zu einer Abstrahlung an zwei einander
gegenüberliegenden Hauptseiten eingerichtet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Ringlichtmoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den
Schritten :
- Befestigen der Halbleiterbauteile (2) auf dem Träger (4), und
- Anbringen des Reflektors (3) an den Träger (4), wobe der Träger (4) eine Metallkernplatine, einen
Leiterrahmen (27) und/oder eine flexible Leiterplatte umfasst .
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem, nach dem Befestigen der Halbleiterbauteile, der Träger (4) zu der Anordnungslinie (42) aufgerollt wird .
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16,
bei dem, nach dem Befestigen der Halbleiterbauteile, der Träger (4) stellenweise umgeknickt oder umgebogen wird, so dass sich die Bodenseite (40) und Seitenwände (48) des Ringlichtmoduls (1) ausbilden.
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