DE102012109149A1 - Ring light module and method for producing a ring light module - Google Patents
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Abstract
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul (1) mehrere erste und mehrere zweite Licht emittierende optoelektronische Halbleiterbauteile (2) mit je einer Hauptemissionsrichtung (20), wobei die ersten Halbleiterbauteile eine von den zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission aufweisen. Das Ringlichtmodul (1) beinhaltet einen Reflektor (3), der eine gekrümmte Reflexionsfläche aufweist (30). Es sind die Halbleiterbauteile (2) an einem Träger (4) angebracht. Die Halbleiterbauteile (2) sind, in Draufsicht auf die Reflexionsfläche (30) gesehen, entlang einer Anordnungslinie (42) ringförmig um die Reflexionsfläche (42) herum angeordnet. In einem Zentrum (44) weist der Reflektor (3) eine maximale Höhe auf, bezogen auf eine Bodenseite (40) des Ringlichtmoduls (1). Das Zentrum (44) befindet sich in einer geometrischen Mitte einer von der Anordnungslinie (42) umschlossenen Innenfläche. In Draufsicht auf die Reflexionsfläche (30) gesehen, weisen die Hauptemissionsrichtungen (20), mit einer Toleranz von höchstens 15°, je zu dem Zentrum (44) hin.In at least one embodiment, the ring light module (1) comprises a plurality of first and a plurality of second light-emitting optoelectronic semiconductor components (2) each having a main emission direction (20), the first semiconductor components having a different spectral emission from the second semiconductor components. The ring light module (1) includes a reflector (3) having a curved reflecting surface (30). The semiconductor components (2) are attached to a carrier (4). The semiconductor devices (2), viewed in plan view of the reflection surface (30), are arranged along an arrangement line (42) in an annular manner around the reflection surface (42). In a center (44), the reflector (3) has a maximum height with respect to a bottom side (40) of the ring light module (1). The center (44) is located in a geometric center of an inner surface enclosed by the arrangement line (42). Seen in plan view of the reflection surface (30), the main emission directions (20), with a tolerance of at most 15 °, each towards the center (44).
Description
Es wird ein Ringlichtmodul angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Ringlichtmoduls angegeben.A ring light module is specified. In addition, a method for producing such a ring light module is specified.
Die Druckschrift
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Ringlichtmodul anzugeben, das eine hohe Leuchtdichte und eine hohe Abstrahlhomogenität aufweist.An object to be solved is to specify a ring light module which has a high luminance and a high emission homogeneity.
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.This object is achieved inter alia by a ring light module and by a method having the features of the independent patent claims. Preferred developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul mehrere erste Halbleiterbauteile und mehrere zweite Halbleiterbauteile. Bei den Halbleiterbauteilen handelt es sich bevorzugt um Leuchtdioden. Die ersten Halbleiterbauteile sind dazu eingerichtet, eine von den zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission im Betrieb aufzuweisen. Beispielsweise handelt es sich bei den ersten Halbleiterbauteilen um im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdioden und bei den zweiten Halbleiterbauteilen um im roten Spektralbereich emittierende Leuchtdioden. Ebenso ist es möglich, dass die ersten Halbleiterbauteile gelbes Licht oder weißes emittieren.In accordance with at least one embodiment, the ring light module comprises a plurality of first semiconductor components and a plurality of second semiconductor components. The semiconductor components are preferably light emitting diodes. The first semiconductor devices are configured to have a different spectral emission during operation than the second semiconductor devices. By way of example, the first semiconductor components are light-emitting diodes emitting in the blue spectral range, and the second semiconductor components are light-emitting diodes emitting in the red spectral range. It is also possible that the first semiconductor devices emit yellow light or white.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul, neben den ersten und den zweiten, zumindest ein weiteres Halbleiterbauteil. Das weitere Halbleiterbauteil ist dazu eingerichtet, im Betrieb eine von den ersten und zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission aufzuweisen. Zum Beispiel ist das Ringlichtmodul dann ein sogenanntes RGB-Modul mit rot, grün und blau emittierenden Halbleiterbauteilen. Es kann das Ringlichtmodul auch mehr als drei spektral verschieden emittierende Halbleiterbauteile umfassen.In accordance with at least one embodiment, the ring light module comprises, in addition to the first and the second, at least one further semiconductor component. The further semiconductor component is set up to have, during operation, a different spectral emission from the first and second semiconductor components. For example, the ring light module is then a so-called RGB module with red, green and blue emitting semiconductor components. The ring light module can also comprise more than three spectrally differently emitting semiconductor components.
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. In accordance with at least one embodiment, the semiconductor components each have one, in particular exactly one, main emission direction. The main emission direction is the direction along which a maximum intensity is radiated.
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.In accordance with at least one embodiment, the emission directions have mutually different directions. By way of example, adjacent semiconductor components in each case show different directions of emission. It is possible that exactly two semiconductor components each have an antiparallel main emission direction and that in each case no two main emission directions point in the same direction. In other words, the main emission directions of the semiconductor devices may be different from each other in pairs.
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. In accordance with at least one embodiment, the ring light module includes one or more reflectors. The at least one reflector has a curved reflection surface. In other words, 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.
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.In accordance with at least one embodiment, the ring light module has a carrier. The semiconductor devices are attached to the carrier, for example via soldering or gluing. In particular, the carrier comprises electrical conductor tracks and electrical connection points for energizing and driving the semiconductor components. Furthermore, the carrier preferably has a high thermal conductivity. It is the carrier, for example, a metal core board, a flexible printed circuit board or a lead frame or it comprises the carrier at least one of said components.
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. In accordance with at least one embodiment, the semiconductor components, viewed in plan view of the reflection surface, are arranged along an arrangement line around the reflection surface. Preferably, the entire reflection surface lies within the arrangement line, but preferably at least a proportion of 50% or 80% of the reflection surface, seen in plan view, is within the arrangement line. It is possible that the arrangement line, seen in plan view, is annular in shape. In particular, the arrangement line forms a closed ring. Likewise, the arrangement line can also be designed as a spiral ring.
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.For example, the arrangement line runs through geometric centers of the semiconductor components, seen in plan view. The placement line may be a fictitious line. It is possible that the arrangement line is in a plane or is a three-dimensional curve, such as a spiral.
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.In accordance with at least one embodiment, 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.
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.In accordance with at least one embodiment, the center lies in a geometric center of an inner surface enclosed by the arrangement line. That the center is in the geometric Center of the inner surface, may mean that viewed in plan view of the reflection surface, the center is at a distance of at most 10% or at most 5% or at most 2% of a mean diameter of the inner surface to the geometric center. In other words, it is not absolutely necessary that the center and the geometric center of the inner surface coincide exactly. However, this is preferably the case.
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.In accordance with at least one embodiment, the main emission directions of the semiconductor components, viewed in plan view of the reflection surface, each point to the center. 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.
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. According to at least one embodiment, the semiconductor devices are densely arranged along the array line. Densely arranged, a spacing between adjacent semiconductor devices along the array line may be at most 1.5 times or at most 1.0 times a mean edge length of the semiconductor devices or a mean diameter of the semiconductor devices. In other words, 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.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Ringlichtmodul mehrere erste und mehrere zweite Licht emittierende optoelektronische Halbleiterbauteile mit je einer Hauptemissionsrichtung, wobei die ersten Halbleiterbauteile eine von den zweiten Halbleiterbauteilen verschiedene spektrale Emission 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 bevorzugt dicht angeordnet. In at least one embodiment, the ring light module comprises a plurality of first and a plurality of second light-emitting optoelectronic semiconductor components each having a main emission direction, the first semiconductor components having a different spectral emission from the second semiconductor components. The ring light module further includes a reflector having a curved reflecting surface. The reflective surface is configured to reflect the radiation emitted by the semiconductor devices during operation. 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. In a center, the reflector has a maximum height with respect to a bottom side of the ring light module. The bottom side lies opposite a main radiation side of the ring light module. The center is located in a geometric center of an inner surface enclosed by the arrangement line, seen in plan view of the reflection surface and with a tolerance of at most 10% of a mean diameter of the inner surface. Viewed in plan view of the reflection surface, the main emission directions, with a tolerance of at most 15 °, each towards the center. Along the array line, the semiconductor devices are preferably arranged densely.
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. In order to achieve a high luminous flux, a scaling of individual semiconductor components such as light-emitting diodes towards larger optical output powers is technically meaningful only up to a certain extent. In order to achieve a higher light output, then several semiconductor components are bundled to form semiconductor modules. Since such a module is composed of several, approximately punctiform light sources, a homogenization of the radiation pattern is required for many applications. In particular, 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. Furthermore, the module should have the smallest possible geometric dimensions to allow a high luminous flux and high efficiency.
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.In conventional modules, this homogenization is achieved in particular via diffuse optical elements. A diffuser material may in this case be added to a volume encapsulation or be located, for example, in diffuser plates, so that a thorough mixing of the light emitted by the individual semiconductor components takes place to a homogeneous appearance. In this case, however, as a rule, a multiple scattering occurs in the diffuser material, which can lead to a loss of efficiency and also increases a radiation angle of the module in the rule. In order to maintain a directivity despite the use of a diffuser, comparatively complex reflectors are generally to be used, which can also lead to a loss of efficiency. These difficulties mentioned occur in particular in the case of planar semiconductor components whose emission directions are oriented parallel to one another.
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. The arrangement of the semiconductor components along the annular array line and the non-planar reflector homogenization of the radiation of the ring light module can be achieved 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.
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.In accordance with at least one embodiment, the reflection surface is a specular surface or a diffusely reflecting surface. Diffuse reflective can mean that a scattering only in a small angular range takes place so that due to the diffuse scattering at the reflection surface no significant change of a radiation angle characteristic occurs. Small angle range can mean that an opening angle of a scattering cone is at most 4 ° or at most 6 °.
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.According to at least one embodiment, the semiconductor devices along the array line are arranged so dense that a distance between adjacent semiconductor devices along the array line is at most 300% or at most 200% or at most 75% of the mean edge length or mean diameter of the semiconductor devices. The average edge length or the mean diameter is determined here in particular in a plane perpendicular to the main emission direction. Alternatively or additionally, the mean distance is at most 3.5 mm or at most 5.5 mm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten und die zweiten Halbleiterbauteile zumindest teilweise abwechselnd entlang der Anordnungslinie angeordnet. Hierdurch ist eine Lichtdurchmischung vereinfachbar. In accordance with at least one embodiment, the first and the second semiconductor components are arranged at least partially alternately along the arrangement line. As a result, a light mixing is simplified.
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.In accordance with at least one embodiment, the spatial radiation characteristics of the semiconductor components differ from each other. By way of example, the ring light module then comprises semiconductor components having a first, spatially narrower emission characteristic and other semiconductor components having a different, spatially broader emission characteristic.
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.In accordance with at least one embodiment, 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. The cover plate is preferably clear and radiation-permeable to the radiation generated in the ring light module. It is possible that the cover plate is provided with optically effective coatings such as antireflection layers or filter layers.
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, insbesondere nur der von den ersten Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung eingerichtet. In accordance with at least one embodiment, the ring light module includes one or more conversion means. The at least one conversion means is set up for a partial or complete wavelength conversion of the radiation emitted by the semiconductor components, in particular only that emitted by the first semiconductor components.
Alternativ oder zusätzlich können auch die Halbleiterbauteile selbst ein Konversionsmittel umfassen.Alternatively or additionally, the semiconductor components may themselves comprise a conversion means.
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.According to at least one embodiment, the conversion agent is applied as a layer on the cover plate and / or on the reflection surface of the reflector. The semiconductor components are preferably not in direct contact with the conversion agent on the cover plate and / or on the reflection surface. In other words, the semiconductor devices are then spaced from the conversion means.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt das Konversionsmittel für die von den zweiten Halbleiterchips emittierte Strahlung optisch neutral und ist insbesondere kein Streumittel. Das heißt, die von den zweiten Halbleiterbauteilen emittierte Strahlung kann das Konversionsmittel ungehindert oder im Wesentlichen ungehindert und unbeeinflusst durchlaufen.In accordance with at least one embodiment, the conversion means for the radiation emitted by the second semiconductor chips has an optically neutral effect and in particular is not a scattering agent. That is, the radiation emitted by the second semiconductor devices can pass through the conversion means unhindered or substantially unhindered and uninfluenced.
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. In accordance with at least one embodiment, the reflection surface is convexly curved, as viewed from the semiconductor components. For example, the reflection surface then has a hyperbolic or parabolic curvature, seen in cross-section. It is possible in this case that the semiconductor devices are located in or near a focal point of the reflection surface. In particular, the reflection surface is then set up to focus or to parallelize the radiation emitted by the semiconductor components.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Reflexionsfläche konkav geformt. Durch die Reflexionsfläche kann dann eine Strahlungsaufweitung und eine Vergrößerung eines Abstrahlwinkels erzielt werden.In accordance with at least one embodiment, the reflection surface is concave. By the reflection surface then a radiation expansion and an increase of a radiation angle can be achieved.
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.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor components are arranged in at least two rows around the reflection surface. The rows can, in the direction perpendicular to the bottom side, follow one another and run congruently in plan view of the bottom side. Likewise, it is possible for the rows or at least two of the rows to have mutually different average diameters and, viewed in plan view, not to coincide. Further, it is possible that the rows, seen in plan view, are twisted to each other. The semiconductor components of adjacent rows can then be arranged in a plan view, with a gap.
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°. In accordance with at least one embodiment, the main emission directions of at least a portion of the semiconductor devices, of all semiconductor devices, or of the semiconductor devices in at least one of the rows are toward the bottom side. An angle between the main emission direction and the bottom side is then smaller than 90 °. For example, this angle is between 70 ° and 90 °. Likewise, this angle can be between 45 ° and> 90 °. Alternatively, it is possible that the main emission directions of the semiconductor devices or a part of the semiconductor devices facing away from the bottom side. The angle between the bottom side and the main emission directions is then preferably between 90 ° and 105 ° or between 90 ° and 135 ° inclusive.
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. In accordance with at least one embodiment, the reflector is formed from a radiation-transmissive or semi-radiation-permeable material. In other words, 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, at the reflecting surface, the reflector has a reflectance of between 30% and 80% inclusive, or between 50% and 70% inclusive.
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. In accordance with at least one embodiment, the reflector is chromatically selectively reflective. In other words, 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. For the latter part of the radiation, the reflector then preferably acts refractive.
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. In accordance with at least one embodiment, the reflector is designed to be totally reflective for at least part of the radiation emitted by the semiconductor component. For example, then experiences more than 50% or more than 70% of the incident on the reflector, emitted by the semiconductor devices 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.
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.In accordance with at least one embodiment, the reflection surface is formed from at least two facets. The facets are preferably separated from one another by an edge or a bend, that is to say a particular non-differentiable point. It is possible that individual ones of the facets are associated with particular semiconductor devices or rows of semiconductor devices. 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.
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.In accordance with at least one embodiment of the ring light module, the semiconductor components are displaceably mounted relative to the reflection surface. In this case, the semiconductor components may be movably mounted or else the reflection surface may be displaced or changed in shape. This can be realized for example by a mechanism or by pneumatic or hydraulic devices. Likewise, a temperature-dependent change in the distance of semiconductor components to the reflection surface, for example via bimetals, can be achieved. Actuators such as piezoactuators can also be used. In particular, the reflection surface can be curved from concave to convex and vice versa.
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.In accordance with at least one embodiment, 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 semiconductor devices is at most 32 or at most 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. According to at least one embodiment, 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. Alternatively or additionally, 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.
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 lm oder von mindestens 50 lm oder von mindestens 60 lm zu erzeugen. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der ersten Halbleiterbauteile, etwa falls diese weißes oder gelbes Licht emittieren. In accordance with at least one embodiment, at least one of the semiconductor components or most of the semiconductor components or all semiconductor components are adapted to produce a luminous flux of at least 35 lm or at least 50 lm or at least 60 lm during normal use. This applies in particular with regard to the first semiconductor components, for example if they emit white or yellow light.
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.In accordance with at least one embodiment, at least 50% or at least 75% or at least 90% of the light emitted by the semiconductor components strikes the reflection surface. That is, 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 and leaving the ring light module without reflection at the reflector preferably constitutes only a minor portion.
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. In accordance with at least one embodiment, the reflection surface for the radiation emitted by the semiconductor components has a reflectance of at least 85% or at least 90%. It is possible that the reflection surface with a Metal coating, such as silver or aluminum, is provided.
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.In accordance with at least one embodiment, the reflection surface is rotationally symmetrical. The 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.
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.In accordance with at least one embodiment, a lens is attached to the main radiation side of the ring light module. The lens is formed in particular from a radiation-transparent and transparent material. 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.
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.In accordance with at least one embodiment, 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 to the lens bottom in the direction away from the lens top, with that portion of the radiation not passing through the lens.
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. In accordance with at least one embodiment, the main emission directions of the semiconductor components are oriented parallel or perpendicular to attachment sides of the semiconductor components. In the case that the main emission directions are aligned parallel to the attachment sides, the semiconductor devices are so-called side-lookers.
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.In accordance with at least one embodiment, the semiconductor components have a common leadframe. By way of example, the semiconductor components are then produced from a common leadframe composite. About the lead frame, the semiconductor devices may be electrically connected in parallel or electrically in series. It is possible that the leadframe is then surrounded by a potting body, in which the semiconductor components may be partially or completely enclosed. In this case, the semiconductor components may be unfired LED chips that are mounted directly on the lead frame and immediately surrounded by the potting.
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.In accordance with at least one embodiment, the ring light module is arranged to emit radiation on two opposite main sides. For example, 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.
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 addition, 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.
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.
- - Fixing the semiconductor devices on the carrier, and
- - Attaching the reflector to the carrier, wherein the carrier comprises a metal core board, a lead frame and / or a flexible circuit board or is.
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.In accordance with at least one embodiment of the method, after the semiconductor components have been attached, 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, for example, a strip of printed circuit board which is formed into a ring.
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.In accordance with at least one embodiment, after the semiconductor components have been attached, the carrier is locally folded or bent over. By bending or bending the bottom side and side walls of the ring light module can be formed. It is possible that the side walls are segmented and formed from several bent parts or also that the bottom side is segmented. The steps of reeling and bending may be combined.
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.Hereinafter, a ring light module described herein and a method described herein with reference to the drawings using exemplary embodiments will be explained in more detail. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, there are no scale relationships shown, but individual elements can be shown exaggerated for better understanding.
Es zeigen: Show it:
In
Die im gelben Spektralbereich emittierenden Halbleiterbauteile
Gemäß
Beim Verfahren gemäß
Gemäß
Anders als in
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens ist in
In
Die Anordnungen und spektralen Abstrahlcharakteristika der Halbleiterbauteile und die Herstellungsverfahren gemäß der
Zur Vereinfachung der Darstellung sind nachfolgend in den
Beim Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß
In
Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Gemäß
In
Im Ausführungsbeispiel gemäß
Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann an der Lichtaustrittsseite
In
Optional ist die Reflexionsseite
Das Ringlichtmodul
In
Beim Ausführungsbeispiel gemäß
Das Ringlichtmodul gemäß
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.The invention described here is not limited by the description based on the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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