WO2004102064A1 - Light source - Google Patents

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WO2004102064A1
WO2004102064A1 PCT/CH2004/000263 CH2004000263W WO2004102064A1 WO 2004102064 A1 WO2004102064 A1 WO 2004102064A1 CH 2004000263 W CH2004000263 W CH 2004000263W WO 2004102064 A1 WO2004102064 A1 WO 2004102064A1
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light source
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pressure
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PCT/CH2004/000263
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Inventor
Gerhard Staufert
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Lucea Ag
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Publication date
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    • F21Y2105/00Planar light sources
    • F21Y2105/10Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
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    • F21YINDEXING 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
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to a light source.
  • Light sources are available in a wide variety of designs and for a variety of applications.
  • Light sources for the marking of traffic routes such as, for example, car terraces and runways of airfields are described in the documents WO97 / 44615, US6168294 and US 4,907,361.
  • the described signal lights are installed in depressions, which must be dug out of the surface of the corresponding traffic route for this purpose.
  • the dimensions of these depressions are in the order of 10 to 20 cm in diameter and 5 to 15 cm deep and are therefore essential and expensive construction measures.
  • the signal lights always include light sources such as halogen lamps or a plurality of packaged LED lamps whose light is guided by means of corresponding optical elements so that it emerges substantially in the region of the uppermost cm of the signal lights in the radial direction and in a predetermined angular range. It is obvious that for this purpose the signal lights must extend at least as far beyond the surface of the traffic route that the area radially escaping light is not obscured. In general, they protrude at least 0.5 to 1 cm beyond the surface.
  • Light sources are also used as or for information signs such as escape route markings in buildings. Such signs are now attached without exception to the ceiling or overhead height on the walls of the corresponding building. This is done for reasons of good visibility over long distances. Examples of corresponding signs can be found in practice as well as in the specialist and patent literature almost in unlimited numbers. As an example, the document US 5,988,825 called.
  • Another field of application of light sources is in the field of decorative lighting.
  • white light is emitted as a so-called light curtain substantially in the vertical direction in the room.
  • the corresponding lighting must firstly be provided with relatively expensive "walk-in” cases and secondly they must be installed in existing in the ground, expensive wells.
  • Another field of application of light sources is the use, at least as emergency lighting, but at most as the only lighting in public areas such as pedestrian underpasses, parking garages, etc.
  • Such lights are known to be particularly vulnerable to vandalism and must be with the existing light sources therefore outside the mounted direct reach and / or provided with elaborate impact-resistant covers. At least for reasons of maintenance, but also for design and physiological reasons, it would be desirable to attach these lights at least partially in immediate reach, so for example within the first lower meter of a wall. In some cases even mounting on the floor can be useful.
  • Further applications of light source are of course found in the field of general room lighting and in the field of street lighting. Often, the problem of accommodating the light sources in a way that they are protected, optimized in their effect and arranged visually appealing.
  • a light panel for general room lighting but with a special one-piece reflector body to produce a directivity and light effects shows the German utility model 201 16 022. Also, the illuminated panel disclosed in this document would not be suitable for traffic route marking.
  • the invention is thus based on the idea of providing a light source which, in at least some of the cases mentioned above, brings about improvements over the prior art.
  • the light source should be suitable for different applications and, for example, be easily attachable at suitable locations. It should preferably be inexpensive to produce and install with little effort.
  • the invention offers a completely new approach. It is a flat, thin (total thickness 1 cm or less), in itself pressure-resistant and preferably robust against impact light source available.
  • the light source should be capable of being designed to be robust against environmental influences in some embodiments. In some embodiments, it should have different user-definable spatial light emission and / or light color distribution in different forms.
  • the light source is when it can - without installation in any wells - on given surfaces such as car terraces, runways of airfields, sidewalks, corridors and walls of buildings can be applied without them a major obstacle to wheels rolling over them or creating a risk of tripping or a risk of injury.
  • the light source is at most 1 cm or even at most 0.7 cm, 0.5 cm or 0.4 cm thick and flat, so plate-shaped.
  • the light source is when the alternating load, which is generated, for example, from rolling over them Pneu of trucks or aircraft, or the high local pressures that arise for example when entering the light source with harnesshakigen ladies shoes, at least over the Period of their intended life is able to withstand.
  • the light source is when it can withstand vandalism violent blows carried out, for example, with bottles or similar objects, can withstand such a few blows without significant loss of luminosity he wears. This means at least that it may fail locally, but continues to emit light over a large area.
  • the light source is so gas and water vapor-tight that all components contained in it such as light-generating elements (eg, unpackaged LED chip), electrical connections, optical elements, etc., a high minimum life of, for example 20O00 operating hours respectively.
  • User-definable spatial light emission and light color distribution here means that the light source according to the invention emits its light in such a way:
  • the light in the same defined solid angle perpendicular or at a desired mean inclination to the surface of the light source, said defined solid angle depending on the embodiment, for example, between ⁇ 10 ° to ⁇ 80 °;
  • the light emanates from the light-emitting points of the planar light source in different defined solid angles and distributions;
  • the light in one or more desired color (s) is not uniformly radiated across the areal light source, but forms a particular defined pattern, such as a string of letters;
  • the light leaves the light source through the lateral boundaries of the light source and / or through the upper surface substantially in the lateral direction in a defined solid angle; and / or that, for example, the light leaves the light source not only on one of the two-dimensional sides, but also exits from the lateral surfaces of the light source in the same or different light distribution to both flat sides and / or possibly additionally.
  • the flat, pressure-resistant light source with light-generating elements on a carrier contains a pressure-resistant plate-like element (base element £ ), by means of which pressure acting on the surface of the light source can be derived.
  • this element is designed and arranged such that it protects the light-generating elements at a pressure exerted on the surface, by deriving the pressure locally on the carrier in the vicinity of the light-generating elements. So there are provided over the whole area distributed and, for example, at least 50% of the area covering supporting zones in which the pressure is forwarded directly to the carrier.
  • the light-generating elements are unhoused electroluminescent elements, ie unhoused LEDs or possibly OLEDs.
  • the diameter of the light-generating elements is so small that at least 10 light-generating elements per cm 2 can be attached.
  • the base element accordingly has at least 10 light-generating elements per cm 2 .
  • the base element is essentially flat with a number of "through-holes" corresponding to the task, which penetrate the element in the direction perpendicular to its large surface. whose axis is substantially perpendicular to the large surface of the plate-like element.
  • through-hole is intended to include any type of orifice penetrating the flameproof plate-like member in the indicated direction, often the axis of the orifices will be substantially perpendicular to the large area of the plate-like member, but this does not mean that the orifice Furthermore, it also includes through openings, which take over the function of an optically active element, for example as a diaphragm or as a light guide or as a concave mirror According to simple embodiments, the through holes are simple cylindrical holes, the base element thus a perforated plate.
  • the term should also include openings filled with material, these filling materials generally being optically transparent materials whose surfaces are at most shaped so that-in the sense of lenses and / or deflecting elements-they are optically effective
  • the filling of the through-holes is designed such that the surface of the filling, at least by a few hundredths of a mm, lies below the upper edge of the actual through-hole.
  • carrier encompasses any structures which carry the light-emitting elements
  • the carrier does not have to be homogeneous, but may consist of a plurality of, for example at least partially foil-like components.
  • the base element is designed so that the sum of the load-bearing zones, for example, more than 70%, usually at least 50% of the total area and the load-bearing zones evenly distributed over the entire area are available.
  • the unhoused electroluminescent elements are each arranged near the central axis of said through-holes on the side of the base element facing away from the pressure effect.
  • LED chip Uncased light-emitting diodes
  • OLED organic light-emitting diodes
  • the dimensions of said LED chip are on the order of about 0.3x0.3x0.3 mm.
  • the possibly very thin carrier is provided according to a preferred embodiment with the necessary electrical conductive structures to the To be able to contact light-generating elements electrically.
  • the electrical contacting is usually carried out by a so-called diebond, which firstly attaches the chip to the carrier and secondly creates a first electrical contact, and by a so-called wire bond from the upper chip surface to a corresponding Contact point of the support plate leads.
  • diebond so-called diebond
  • wire bond from the upper chip surface to a corresponding Contact point of the support plate leads.
  • Diebondes only one attachment of the chip, while the electrical contacting is done with two wire bonds.
  • the attachment and contacting of the light-generating elements on the carrier can also be effected by means of other methods which are well known from the field of semiconductor chip mounting, such as, for example, the known flip-chip method.
  • This method has the advantage that no wire bonds are needed, but the chips are contacted and fixed directly by means of so-called solder bumps. This brings in addition to a in many cases increased reliability, the advantage that overall a lower height and width.
  • solder bumps a variant of the known glass flip-chip technique is advantageously used.
  • As the carrier an optically transparent material is used on the optically transparent electrically conductive tracks and bond pads are present, which were prepared for example by means of a structured ITO layer.
  • the LED chip provided, for example, with known stud bumps-in principle short torn off bond wires-are bonded with their light-emitting side to the transparent carrier prepared in this way.
  • the following so-called underfill process In filling the air gap between the LED chip and the transparent support, it is necessary to carry out a transparent material suitable in its viscosity for this purpose.
  • a transparent material suitable in its viscosity for this purpose, for example, a corresponding silicone gel is suitable.
  • One or more of the thin contacted with the electrically contacted LED chip thin carrier plates are connected to the side facing away from pressure and in the bearing zones of the base member with the same, for example by means of a gluing, soldering or riveting.
  • the thin support should be constructed so that it, where it is connected to the supporting zones of the base member, take over the pressures transmitted there and can derive, for example, to the ground below the inventive flat, robust light source.
  • the necessary compressive strength is usually given already in the known printed circuit boards for electronic components, so that in a simple version of the known so-called chip on board (COB) technology can be used.
  • COB chip on board
  • the carrier in cases in which the light source according to the invention is equipped with a large number of light-generating elements, for example with 16 or 25 LED chips per cm 2, it is essential that the thin support dissipates heat as well as possible, at least local compressive strength .
  • the carrier it is advantageous to construct the carrier so that it has a metallic carrier foil or plate which has a thin electrically insulating layer, for example a plastic layer some tens of microns thick, but better a 0.5 to 1 micron thin Silicon oxide or silicon nitride layer or a correspondingly thin, for example by means of sol-gel method applied glass or ceramic layer.
  • insulating layer On this, possibly locally open insulating layer is a next, structured metallic layer, which - possibly with the inclusion of the lower metallic carrier film - allows the electrical contacting of the LED chip.
  • the thin carrier it is - in the sense of the overall structure of the inventive light source - of great advantage if the stocked with LED chip carrier against the influence of water vapor, aggressive gases and chemicals is protected. This can be done, for example, by applying a so-called passivation layer by means of a plasma process.
  • the advantages of the light source according to the invention are evident.
  • the light source is so robust in itself that no additional housing is necessary. It is still so flat that they do not exceed a project beyond the surface of a traffic route of, for example, 0.5 to 1 cm. And finally, it contains all the necessary optical elements that produce a light distribution corresponding to the described signal lights.
  • This means that the light source according to the invention can normally be applied directly to the surface of the corresponding traffic route without additional elements and without the excavation of depressions, for example by means of gluing or by screwing.
  • the flat and inherently flameproof light source without significant structural measures - even later - be fixed to the ground or deep to the walls without the disadvantages described above occur.
  • the light emission from the light source with, for example, green light takes place in this case, of course, so that a meaningful sequence of letters and characters is created.
  • An optical structure suitable for this purpose is, for example, one which corresponds to that of the previously known so-called wobbly images.
  • the here at best circular designed light source When used as a decorative lighting, the here at best circular designed light source, without additional structural measures - possibly even later - be fixed to the floor.
  • the light source according to the invention may for example be designed so that it emits its light at a desired oblique angle to its surface and rotatably mounted about its vertical axis on the ground, which can be adjusted with some such light sources diverse light distributions.
  • the advantage of the flat and inherently pressure-resistant, robust light source according to the invention is also clearly recognizable for the field of application of lighting in public zones.
  • the light source is constructed so that it can withstand many violent blows with blunt objects, and that when maltreated with pointed striking tools it only fails locally and continues to emit light over a large area. This is important if vandalism has to be feared.
  • it is so shallow that it can be used without additional structural measures and Without any risk of injury - even at a later date - can be mounted directly on the corresponding walls.
  • it can be designed, for example, in their spatial light emission behavior so that their light emerging from the large surface is radiated, for example, at a shallow angle only in the direction of the ground and thus no glare arises.
  • the invention also relates generally to an actively illuminating traffic route marking element, which is configured such that it can be rolled over or walked on as a whole. It has a large number of unhoused electroluminescent elements, for example LEDs or OLEDs, and is pressure-resistant and flat. It is directly on a surface or in a flat milled one Street or track can be introduced, its total thickness is not greater than 1 cm, preferably 5 mm. An optically effective additional element may be formed so that light is emitted in a particularly favorable, selected angle; appropriate options will be discussed below.
  • an actively illuminating traffic route marking element which is configured such that it can be rolled over or walked on as a whole. It has a large number of unhoused electroluminescent elements, for example LEDs or OLEDs, and is pressure-resistant and flat. It is directly on a surface or in a flat milled one Street or track can be introduced, its total thickness is not greater than 1 cm, preferably 5 mm. An optically effective additional element may be
  • the feature of compressive strength is to be discussed and the maximum pressure to be absorbed by the flat, robust light source quantified.
  • Pressure resistant in the context of the invention, the light source when the alternating load, which is generated, for example, from rolling over them Pneu of trucks or aircraft, or the high local pressures that arise for example when entering the light source with harnesshakigen women's shoes, over the period their intended life is able to withstand.
  • the load is about the same size.
  • the most extreme stress which is to be taken over by the light source according to the invention and additional measures can be expected from ladies with high-heeled shoes. Assuming a weight of 100 kg and a sales area of about 10x10 mm, a pressure of 10 N / mm 2 is generated in moments in which the entire weight rests on a shoulder, which acts on a local area of only 1 cm in size.
  • the base element should therefore not deform significantly plastically or elastically at an applied pressure of up to 10 N / mm 2 .
  • the compressive strength is preferably somewhat higher, for example at least three times or five times this value.
  • the approach according to the invention is readily suitable.
  • the light-generating elements can emit their light in all directions from the light source according to the invention.
  • the construction according to the invention allows this without further ado:
  • the first mentioned construction variant of the thin support can be modified so that glass or a transparent plastic such as PMMA used as a supporting element and a transparent adhesive is used to fasten the light-generating elements (eg LED chips).
  • a transparent plastic such as PMMA used as a supporting element
  • a transparent adhesive is used to fasten the light-generating elements (eg LED chips).
  • a further variant of the thin carrier is also possible, which allows the LED chip to radiate its light freely in all directions. For this, nothing else is necessary, as to provide the thin carrier there with holes, where later the LED chip should be.
  • auxiliary film is first attached to the underside of the thin carrier. This auxiliary film is used to attach the LED chips This can be done, for example, with an optically transparent silicone gel, which only minimally adheres to the auxiliary foil, and then the LED chip is electrically contacted by wire bonds and fixed in a next step a mechanical stabilization takes place in the area of the LED chip and the nearby edge of the thin support, a thin as possible, the optical requirements sufficient plastic layer, so for example a suitable silicone gel, is applied.
  • the auxiliary film can now be removed , Now that the arrangement of the light-generating elements is described relative to the pressure-resistant, plate-like element, can be returned to the already indicated optical function of the through holes and the resulting minimum thickness of this element.
  • the light-generating elements for example, LED chip
  • the light-generating elements in very dense arrangement, so for example at least 10 or 16 to 25 chip per cm 2 , may be present, and since also the proportion of through holes on the total area usually does not exceed 50% should, in preferred embodiments, the largest diameter of the through holes should not exceed a value of 1 to a maximum of 2.5 mm.
  • an LED chip with a light-emitting surface of, for example, only 0.2 ⁇ 0.2 mm no longer behaves as a punctiform light source, but as a planar radiator. Each point of this two-dimensional radiator emits - as a rule - its light almost uniformly within a solid angle of ⁇ 80 °.
  • the light source should be able to emit tightly focused light, for example at a solid angle of only ⁇ 10 °, for many embodiments it makes sense to make the through holes such that they bring about concentration of the light at a solid angle of, for example, ⁇ 20 ° , A further concentration and / or change of the spatial radiation can then be taken over by an additional element described later. But it is also possible to make the through holes so that they make in addition to a concentration of the solid angle to, for example, ⁇ 20 °, a deflection of the light by, for example, 20 ° and so the light emission takes place substantially in an angular range, the central beam one Angles of about 70 ° to the lateral extent of the pressure-resistant, plate-like element.
  • the light-generating elements are to be regarded as flat radiators, the tangent of the minimum exit angle of the light from the light-emitting element facing away from the through holes first given by the chip width divided by the height of the through hole. This minimum radiation angle can not be reduced even with the most expensive optical aids. If the through hole is completely or partially filled with an optically transparent material which has a refractive index n> 1, this minimum exit angle is increased in accordance with the laws of optics (it is hereby pronounced of Snell's law of refraction).
  • the height of the through-hole must be correspondingly increased or the through-hole must be filled with an optically transparent material with refractive index> 1, and this optical material must be shaped in the area of the virtual surface of the through-hole so that the central rays - and with them all other rays according to - be redirected into the vertical.
  • the surface of the optical material must be either as a continuous, advantageously aspähharinik lens, or as appropriate Fresnel lens may be formed or provided with corresponding diffractive structures.
  • the through-hole obviously acts as an aperture, which blocks out all rays that do not lead directly to the virtual surface.
  • the limitation of the exiting light reaches a defined small solid angle, but at the cost of high light loss, which is the more serious, the smaller the desired exit angle. This is often unacceptable.
  • the surface of the through hole is therefore usually formed as well as possible mirroring.
  • this specular surface In order for this specular surface to redirect the rays emerging flatly out of the light-generating element at a significantly narrower solid angle to the virtual surface of the through-hole, they must be in the form of a mirror with a parabolic cross-section. For simplicity, for example, if it has the shape of a truncated cone opening upwards, corresponding losses of light must be accepted.
  • the pressure-resistant, plate-like element is also possible to make the pressure-resistant, plate-like element about 2 to 4 mm thick, so that without further additional elements a concentration of is ensured from the through holes exiting light to, for example, ⁇ 10 °.
  • the necessary for the concentration of light optical elements can be designed so that at the same time a deflection of the light to, for example, about 20 °.
  • the through-holes are “multistage.”
  • the filling of the through holes with optical material so that several layers of optical material with different refractive indices follow each other.
  • the transitions can therefore, for example, be designed as lens-like and / or deflecting zones in such a way that the overall result is an optimum distribution of light.
  • the multi-stage nature of the via holes may be due to a corresponding sequence of layers of optical material be combined with different refractive indices so that a further improvement of the light distribution results.
  • the said fillings of the through holes with optical material remain substantially stress-free even with a mechanical load of the light source according to the invention.
  • This fact substantially extends the choice of available optical materials.
  • also permanently viscous materials such as certain silicones, which, while permanently retaining a certain defined shape under their own weight, would be deformed with little additional mechanical stress.
  • the advantages of such materials can be manifold: firstly they have good optical properties, secondly they are resistant to very high temperatures (at least 250 ° C), thirdly they are water- or water vapor-proof and fourthly they produce, thanks to their viscosity, Even with mechanical and / or thermal deformation of the inventive light source no mechanical stresses on the light-generating elements and their electrical contacts.
  • the preparation of the pressure-resistant, plate-like and provided with corresponding through holes base element can be done using plastics by the known injection molding method or by another known or newly developed method and therefore needs no further description.
  • plastics by the known injection molding method or by another known or newly developed method and therefore needs no further description.
  • the material is a "metallically filled" and weakly electrically conductive plastic is used.
  • the use of such a plastic has the further advantage that within this material a substantially increased heat conduction takes place, which causes the heat emitted by numerous light-generating elements to be rapidly transported away to the surface of the light source according to the invention.
  • Another possibility is to produce the pressure-resistant, plate-like element, for example by means of the likewise known aluminum die casting process or another metal casting process.
  • This variant has the advantage of even higher pressure and especially alternating strength, a significantly increased heat dissipation and a surface which is already well reflective and whose efficiency is already sufficient in a large number of cases. If a higher efficiency of the mirror surfaces is required, this can be achieved, for example, by means of galvanically grown - and smoothing - additional metal layers.
  • optically transparent material whose outwardly facing surfaces additionally optically acting, so for example lenticular, can be designed, can be done in different ways.
  • a first possibility is first to combine the pressure-resistant, plate-like elements, which are provided with empty through-holes, with the thin support carrying the light-generating elements and electrically contacted in the regions of the supporting zones, for example by means of gluing or soldering. Thereafter, the through holes can be filled as high as desired, for example by means of doctoring or by means of multi-local casting with the desired optical material, for example with a suitable silicone gel or with PMMA.
  • the still easily deformable optical material can be brought into the desired optically effective form, for example by means of reshaping or stamping on its surface.
  • the shape thus produced is then solidified at least to the extent that it can not change under its own weight.
  • a second possibility is to fill the through-holes of the pressure-resistant, plate-like element before combining it with the thin support carrying the light-generating elements with the desired optical material and to form optically effective the surfaces of this material.
  • This procedure has the advantage that the two elements can be tested completely independently of each other.
  • the procedure for filling can be essentially the same as described above.
  • the second approach has the disadvantage that the combination of the two components mentioned several times, namely first the pressure-resistant, plate-like with now already filled through holes provided element with secondly the light-emitting elements bearing thin carrier is not quite trivial: the light-generating elements and these contacting wire bonds must be able to be guided in their full thickness in the through holes, which means that they must not be filled with optical material on the appropriate side so far, without endangering the LED chip and the sensitive wire bonds can take place. If now the two components are connected to one another in the area of the supporting zones without any further measures, an airspace is created around the optically active elements and their wire bonds. This is not desirable for two reasons.
  • the wire bonds oscillate freely at the slightest movement of the inventive light source, which usually means a significant reduction in the life of the bond and secondly, a direct coupling of light from LED chip into the air because of the high refractive indices of the chip materials, with respect the optical efficiency extremely bad.
  • the combination of the two components must therefore be done so that there is a replenishment of said airspace.
  • various simple solutions to the problem have been found, one of which is described here.
  • the through-holes of the component 1 are in the area where later the light-generating elements and their wire bonds should find space designed so that a much larger not a priori filled volume is present.
  • the light-generating elements and their wire bonds are first surrounded on the thin carrier with a drop of optically active material, which is in its viscosity so that it can be freely deformed at low pressure, but in absence of a external load assumes a substantially spherical surface.
  • the amount of optical material around each photogenerating element is sized so that, when combined with component 1 now, it not only completely fills the optically effective portion of the through-holes but also fills a small amount of excess material "laterally" into the larger unfilled volume In this way, a complete filling of the optical path is ensured, and the air spaces remaining in said additional volume do not interfere with the function of the light source according to the invention.
  • this additional element must be constructed in such a way that the compressive strength of the overall structure is maintained.
  • the additional element in terms of area at least in the region of a sufficiently large part of the load-bearing zones of the pressure-resistant, plate-like and provided with corresponding through holes base element also having bearing area. This part is sufficiently large if the pressures resulting from a load on the overall structure do not exceed the permissible loads for the load-bearing material in any region of the two elements mentioned. In the spaces between these bearing zones then optical elements may be present that would not directly withstand the pressures discussed.
  • the supporting regions of the additional element can be integrated into or formed by the base element, ie the additional element consist of only a plurality of optically active elements in intermediate spaces.
  • the light source according to the invention is loaded with recurrent pressures of the order of magnitude of 1.5 N / mm 2 but not with hard impacts, ie, for example, when installed on runways of airfields, it is possible to construct the additional element completely from corresponding optically transparent material , In some applications of the inventive surface and robust light source, it makes sense to protect the thin carrier and the light-generating elements from both sides.
  • the lower edges of the through holes of the base element i. the edges of the optically acting surfaces of the base element, in the smallest possible distance, so for example at a distance of 10 to 100 microns, are arranged around the light-emitting surface of the light-generating elements around.
  • auxiliary holes also or only in the region of the supporting zones of the inventive light source are present, they bring a further functional advantage. They can be used as holes for hard attachment of the inventive light source to the substrate. If, for example, nail-like structures with flat heads are shot in sufficient quantity by means of a corresponding shot apparatus through the auxiliary holes in the pad that press the heads of the nail-like structure on the upper side of the pressure-resistant zones of the inventive light source, resulting in a high thrust and Tensile forces resisting connection between the base and the light source according to the invention.
  • the light source according to the invention can be loaded with very high additional forces, such as shearing and / or peeling forces, in cases such as when driving over the blade of a snow plow.
  • additional forces such as shearing and / or peeling forces
  • this and similar cases can be easily remedied.
  • an attachment by means of nails guided by the described auxiliary holes is able to withstand said forces, if the nails in a sufficient number near the edge, and possibly also in reduced density in the interior of the surface, the inventive light source available.
  • the light source according to the invention can be mounted in a flat, and thus inexpensive producible, cut in the supporting surface, whereby an action of said additional forces can be excluded.
  • the light source according to the invention can For example, be protected by very high loads usually additional buffer elements are protected, which are mounted at a small distance so in the area of the inventive light source, that said shear forces generating objects are passed over the inventive light source away.
  • additional buffer elements are protected, which are mounted at a small distance so in the area of the inventive light source, that said shear forces generating objects are passed over the inventive light source away.
  • the electrical contacting of the inventive surface, robust light source has not been discussed. However, since the contacting point (s) and the corresponding electrical conductors should not be higher than the light source itself, but should preferably be rather shallower, this poses a serious task, but it can be solved relatively easily.
  • the light source according to the invention is operated with electrical voltages of less than 48 volts, thanks to the use of said light-generating elements, that is to say, for example, of LEDs or OLEDs.
  • said light-generating elements that is to say, for example, of LEDs or OLEDs.
  • the legislature requires no external insulation of the electrical conductors, which allows a much simpler structure.
  • the carrier carrying and electrically contacting the photogenerating elements is typically constructed so as to be very thin, i. For example, thinner than 1 mm, often even thinner than 0.5 mm and that secondly on its top and bottom each have large, over its entire width or length reaching metallic surfaces, which are suitable for electrical contact to the outside.
  • thinner than 1 mm often even thinner than 0.5 mm and that secondly on its top and bottom each have large, over its entire width or length reaching metallic surfaces, which are suitable for electrical contact to the outside.
  • “across the entire width or length” does not mean that the metallic surfaces must be completely covering.
  • This flat conductor is, for example, at least three-layered in such a way that it consists of two metallic foils which are electrically separated from one another by means of a corresponding layer but mechanically connected to one another.
  • a preferably abrasion-resistant and electrically insulating layer which is the metal protects against corrosive influences.
  • the metallic foils are made of aluminum, a thin anodizing layer, ie an aluminum oxide layer, is used as protection on all sides, but at least on the outer side.
  • other and / or additional protective layers are possible, such as about 100 micron thick films made of PE or PET possible, for example, are laminated on the outside of the metallic films.
  • the example of copper or - cost-effective - made of aluminum metallic foils must be selected in their thickness and width so that they can transport the required electrical power. Since the inventive surface, robust light source with increasing number of light-generating elements, i. With increasing demand for electrical power at least in a lateral dimension is getting bigger, and since the mentioned flat conductor may be as wide as the larger lateral dimension of the inventive light source, it poses no problem, the flat conductor with a maximum thickness of about 1 mm build.
  • connection between such a or similar flat conductor and the light source according to the invention can take place as follows:
  • the carrier holding the light-generating elements protrudes at least at one edge of the light source according to the invention so far beyond the pressure-resistant base element that the two metallic surfaces to be contacted from outside are sufficiently free to - depending on the application - an electrical transition with sufficiently small contact resistance and with sufficient to enable greater reliability and service life.
  • the flat conductor is treated at its end in such a way that the electrically insulating and mechanically connecting layer is no longer present to some extent and that the metallic foils are bare on their inner surfaces.
  • the zone prepared in this way must be so deep that the two metallic conductor layers are pushed above and below over the layers to be contacted of the light source according to the invention and can be fixed there by means of soldering or gluing with an electrically conductive adhesive.
  • an electrical connection produced in this way also has a sufficiently high reliability and service life if, for example, it is mounted on a traffic route without further measures and is burdened, for example, with salt water and exhaust fumes, etc. over long periods of time.
  • an additional protection, for example, these edges can be achieved in a simple manner by spraying or pouring one of the specially available for these purposes commercially available plastic.
  • connection between the inventive light source and flat conductor may be provided with a water vapor and gas-tight enclosure.
  • This can be achieved, for example, by enveloping the light source according to the invention with the soldered flat conductor by means of the known plasma polymerization process with a thin - ie a maximum of a few ⁇ m thick - PTFE-like, water-repellent and extremely well-adhering layer, for example.
  • the resulting connection point between the flat conductor and the light source according to the invention becomes at most as thick as the light source according to the invention itself.
  • the flat conductor which has at least the compressive strength of the inventive light source thanks to the described construction, can be performed over long distances, for example, also over traffic routes, without being an obstacle for wheels or feet.
  • other conventional power supplies are conceivable.
  • Fig. 1 shows a schematic oblique view of the pressure-resistant base member and the light-generating elements containing carrier.
  • FIG. 2 shows schematic sections through two variants of the pressure-resistant base element and of the carrier which contains the light-generating elements.
  • 3a to 3h schematically show different embodiments of through holes through the pressure-resistant base member.
  • Fig. 4 shows schematically a variant of the embodiment of the light-generating elements containing carrier.
  • FIG. 5 shows a schematic oblique view of the pressure-resistant base element, of the support which contains the light-generating elements, and of an additional element with optical elements for shaping the light distribution.
  • FIG. 6 shows schematically different embodiments of optical elements of an additional element with optical elements for reshaping the light distribution.
  • Fig. 7 shows schematic sections through a variant of the pressure-resistant base element and the thin carrier, which allows attachment between these two elements by means of positive locking.
  • Fig. 8 shows schematically a view of a further embodiment of the inventive light source.
  • Figure 1 shows the schematic diagram of a section of a pressure-resistant flat base element 1, with through holes 2 and guide holes 3a.
  • the pressure-resistant base element 1 is for example an injection molded part made of epoxy resin.
  • the resin may be filled with metal powder, wherein the proportion of metal powder, for example, about 50%.
  • An additional advantage achieved by such a metal admixture is improved thermal conductivity of the resin.
  • the resin may be filled with fibers such as carbon fibers or glass fibers, if need be in addition to a proportion of metal powder.
  • fibers such as carbon fibers or glass fibers, if need be in addition to a proportion of metal powder.
  • the orientations of the individual fibers of this fiber reinforcement in the present case of a random distribution, which can be achieved by a simple mixing process.
  • the pressure-resistant base element 1 can also be produced by means of die-casting, in which case a metal alloy is used, for example, based on aluminum, zinc, magnesium or copper.
  • the thickness of the sketched in the example of Figure 1 base element 1 is for example 1 to 5 mm.
  • the smallest diameter of the here conically sketched Through holes 2 is for example 0.3 to 1 mm, the largest diameter, for example, 0.5 to 2 mm.
  • the through-holes are arranged in the example of Figure 1 in square groups of eight, which are each separated by a zone without through holes from each other.
  • the dimension of such a group of eight is for example 3x3 to 10x10 mm.
  • the width of the zones without through holes is for example 1 to 5 mm.
  • guide holes 3a are arranged in the respective center and peripherally to the vertices of the eight groups, which in the assembly of base member 1 with the support member 5 - as discussed below - plays an important role.
  • the base element 1 may have channel-like depressions 4. These channel-like depressions run along the central axes of the zones without through-holes. Their function is multiple: First, they can - as discussed below - in the assembly of base element 1 with the support member 5 play an important role. Second, they represent predetermined bending and / or breaking points, which make it possible to bend the planar and robust light source according to the invention after completion in one direction. Thirdly, they facilitate a possible severing of the planar and robust light source according to the invention after completion in sections.
  • the channel-like depressions and, if present, the guide holes they are in places where tensions would be greatest if they were bent, if they were not present) so in addition to the separability also allow a Three-Dimensional Deformability: By separating desired pieces and then selectively bending, a variety of 3-dimensional entities can be created, for example, a light source that can be fitted into a corner. Another important application of 3D-deformed light sources are car lights adapted to the body shape, for example.
  • the light-generating elements 6 are arranged in the sketched representation on the carrier element 5 such that in each case the mid-perpendicular to the light-emitting surface of the light-generating element coincides with the central axis of a through-hole 2 of the base element 1.
  • the light-generating elements 6 are sketched as an LED chip with, for example, the dimensions 0.2x0.2x0.2 to 0.5x0.5x0.5 mm.
  • the carrier element 5 has, for example, a three-layer structure: a first continuous layer 5a consists for example of a 0.1 mm thick copper alloy.
  • a second layer 5b is, for example, a 0.025 mm thick insulation layer made of a suitable polymer, which separates the first and the third layer 5a and 5c electrical and mechanically connects.
  • the second layer 5b may be constructed of a much thinner electrically insulating material.
  • Another alternative is to realize the second layer 5b by means of a likewise only 0.1 to 01 ⁇ m thick silicon oxide or a silicon-oxy-nitride layer.
  • the third layer 5c which in turn is electrically conductive, consists for example of a 0.05 mm thick copper alloy.
  • the second and the third layer 5b and 5c have openings 7 through which the LED chip 6 can be fixed and contacted with its, a first electrical contact-containing rear side by means of conductive adhesive or by means of solder on the layer 5a.
  • the second electrical contact of the LED chip 6 is connected by means of a wire bond 8 with the third layer 5c.
  • an electrical parallel connection of all light-generating elements are also possible, which allow, for example, groups of 8 light-generating elements to be electrically connected in series and these series groups to be electrically parallel.
  • FIG. 2a shows the schematic diagram of a cross section through a base element 21 and a carrier 25, which correspond to those shown in FIG. Thanks to the manufacturing method - an advanced printed circuit board technology - of the light generating elements 26 having carrier 25, it is no great effort within the same over relatively large areas, for example, 50x100cm to maintain a relative positional accuracy of the light-generating element of, for example ⁇ 5 microns.
  • the narrowest diameters of the through holes 22, which are to be found in the light-generating elements 26, must be at least 120 to 150 ⁇ m larger than the diagonal dimension of the light-generating elements and that with a misposition between the optical axis of a light-generating element 26 and the center axis of the corresponding through-hole 22 of up to 60 microns must be expected. This is highly undesirable.
  • FIG. 2 b outlines a remedy that is simple and inexpensive to implement.
  • the flat and pressure-resistant base element is divided here into island-like subgroups 27 with the aid of the channel-like depressions 24a and with cut or break lines 24b, which are aligned in each case exactly by means of the guide holes 23 to a corresponding subgroup of light-generating elements 26.
  • the procedure is as follows:
  • the flat, pressure-resistant base element 21 is produced as a whole over a large area. Before being joined to a carrier element 25 of corresponding size, it is fixed over its entire surface, for example by means of negative pressure, on a machining and assembly tool.
  • a next step for example by means of a punching tool, by means of breaking or by means of laser cutting, it is severed into the subgroups 27 mentioned in such a way that these subgroups maintain their position on the processing and assembly tool.
  • the support member 25 with the light generating elements 26 as a whole put on an auxiliary tool, which has at least two of the positions per group of eight which correspond to the guide holes 23, a conically tapered up, exact auxiliary mandrel.
  • the described procedure obviously has the effect that the individual subgroups 27 of the flat, pressure-resistant base element 21 can each align individually with the auxiliary mandrels and thus with the corresponding subgroups of light-generating elements 26 of the carrier element 25. Since these subgroups are relatively small as described above, it is not a problem within these subgroups to maintain a relative positional accuracy of the individual via holes of less than ⁇ 5 ⁇ m, thus reducing the maximum expected positional error between light-generating elements 26 and through-holes 22 to 10 ⁇ m , This is good enough.
  • the production costs remain very low.
  • the light source according to the invention thanks to the subgroups 27 located very close to one another, remains just as pressure-resistant and robust as with a base element 21 not divided into subgroups 27.
  • the light source according to the invention can be spatially, i. to shell-like bodies, to be deformed.
  • the entire subgroups 27 remain as flat structures, while the thin carrier 25 is plastically deformed in the intermediate zones. The deformation process can thus be carried out so far that the carrier element 25 is not destroyed in the plastically deformed intermediate zones.
  • the light source according to the invention is substantially less sensitive to high temperatures, which occur due to a dense arrangement of light-generating elements 26. If the pressure-resistant flat base element 21 is not made of the same material as the metallic layers of the carrier element 25-and this is usually the case-then at a non-subdivided base element 21 at very high temperatures, a very high thermal expansion would result in very high tensile forces. or compressive stresses between base element 21 and carrier element 25 occur, which would possibly lead to a drastic reduction in the lifetime of the inventive light source. Thanks to the division into relatively small subgroups 27, these effects are minimized to such an extent that they are irrelevant.
  • FIGS. 3a to 3h show sections through exemplary different ones
  • Auslessnessgungsnicen the optically effective through holes 32 through the pressure-resistant base member 31.
  • an optically effective through hole according to the invention of at least two components, namely an optically effective through-opening 32a and an optically active and - in the wavelength range of the radiated light from the light-emitting elements 36 - optically transparent filling 32b.
  • FIG. 3a shows the simple case of an at least approximately cylindrical passage opening 32a and an optically transparent filling 32b.
  • the optically transparent filling has a continuously spherically or aspherically shaped surface.
  • the optical function of this surface shape can also be realized by means of a fresnel-like or provided with corresponding diffractive patterns surface. It goes without saying that the shape of the surface can be a flat surface in extreme cases.
  • the at least almost cylindrical passage opening 32a shown in FIG. 3a is particularly simple for reasons of manufacturability.
  • a large number of the passage openings 32a can each be produced simultaneously by means of a very cost-effective punching process. If this punching operation is carried out in a possible somewhat more elaborate variant so that a simultaneous pressing and / or rubbing process takes place, surfaces can be produced which have good surfaces in the sense of a mirror.
  • the at least almost cylindrical passage openings 32a can also be produced by means of a die casting or die casting process.
  • the optical function of such an at least almost cylindrical passage opening depends on the nature of its surface structure. In a diffuse - at most black - surface, the almost cylindrical passage opening acts as a diaphragm, which hides all light outside a certain solid angle.
  • the tangent of this maximum solid angle below which in this case light emerges from the passage opening 32a is obviously given by the ratio of cylinder radius to cylinder height. If, for example, the cylinder radius is 0.5 mm and the cylinder height corresponding to the thickness of the pressure-resistant base element is 2 mm, this results in a maximum exit angle of approximately ⁇ 14 °. Of course, such a limitation of the exit angle is paid in this case by enormous light losses.
  • LED chip are used as light-generating elements 36, they give their light almost uniformly within a solid angle of about ⁇ 80 ° and acting as a blend almost cylindrical passage opening 32a destroys all light in the solid angle range between ⁇ 14 ° to ⁇ 80 ° , In the case of a reflecting surface of the passage opening 32a, the light emitted in the solid angle range between ⁇ 14 ° and ⁇ 80 ° also reaches the upper surface of the transparent filling 32b, where it emerges in a solid angle which depends on the shape of this surface - is between about ⁇ 60 ° to ⁇ 90 °.
  • FIG. 3b shows the somewhat more complex case of a conically formed passage opening 32a.
  • a different manufacturing method must be selected.
  • a punching / pressing operation can be used, which is carried out such that first a through-hole is punched with the diameter of the smallest cone opening and then a pressing process takes place in the same stroke, which produces the conicity of the through-opening 32a.
  • the injection or pressure casting method must be used.
  • FIG. 3b With regard to the optical effect of the example sketched in FIG. 3b, reference can be made to the considerations made with respect to FIG. 3a.
  • an exit angle increased corresponding to the opening angle of the cone.
  • a reflecting surface significantly smaller exit angles (about ⁇ 50 °) and a better optical efficiency than in the case 3a can be achieved.
  • a pressure-resistant base element 31 having such passage openings 32a is preferably produced by means of injection molding or diecasting.
  • This coating step may, for example, be a galvanic deposition of one or more metal layers, which is preferably carried out so that at the same time a smoothing of the surface takes place.
  • the coating step can be - if necessary in combination with previous galvanic steps - but also in a vacuum performed sputtering or sputtering process.
  • the optical function of the reflecting surface of the passage opening 32a formed in accordance with FIG. 3c is clear. It should be bundled as large a proportion of the light emitted from the light-emitting element 36 light in a solid angle, which is smaller than that which can be reached with a conical passage opening. Depending on the height of the passage opening, solid angles down to ⁇ 10 ° can be achieved in this way.
  • a through-hole 32a is sketched, which has the approximate shape of a two-stage parabolic mirror.
  • This two-stage parabolic shape is coupled to a filling of the passage opening 32a at which the filling level of a first optically transparent material 32c, for example with a high refractive index of 1.6 or higher, for example, corresponds to the height of the first nearly parabolic step of the passage opening 32a and at which is the remaining height of the through hole 32a, at least partially filled with an optically transparent material 32b having, for example, a lower refractive index of, for example, 1.3 to 1.6.
  • a suitably designed multi-stage mold can also be selected.
  • the optical function of a through-hole 32 made in this way is as follows: Since the surface of the LED chip usually has a very high refractive index (2.5 to 4), the high refractive index of the first one can Fill region 32c a significantly increased proportion of light from the surface of the LED chip 36 are coupled out. Since optically transparent materials with a high refractive index are generally very expensive, it is for this reason that it is impossible to fill the entire passage opening with this material.
  • the second advantage of a two-stage filling is that the enlargement of the exit angle which occurs by optical refraction at the exit from the optically highly refracting material 32c, by means of the two-stage parabolic shape of the passage opening 32 a can be largely compensated, so that at the exit from the optical lower refractive material 32b possibly desired small exit angle can be maintained.
  • FIG. 3e the example of an oblique passage opening 32a is sketched, which has the approximate shape of an oblique parabolic mirror.
  • the parabolic shape could be replaced by a corresponding multi-stage parabolic or an oblique cylindrical or conical shape.
  • the optical function of such a through-hole formed is that the light emerges in a solid angle range which is inclined relative to the vertical with respect to the lugs 3a to 3d by a certain amount, for example 10 ° to 30 °.
  • a variant is outlined in which, for example, roughly punched through hole 32a does not perform any optical function, but only protective function.
  • the filling 32b with optically transparent material takes place here so that, irrespective of the quality of the surface of the passage opening 32a, a substantially cylindrical body with a spherical or aspherical shape arises at the upper end, in which the light is transported by total reflection to the lens-like end of the filling 32b becomes where it exits in a defined solid angle range.
  • the passage opening has, similar to FIG. 3c, a parabolic-mirror-like shape and, for example, is likewise coated in a reflective manner.
  • Fig. 3c it is not almost completely filled with transparent material, but instead there is only a droplet 32d ("globe top") made of a transparent material which shields the LED and deflects light, for example, the drop may be made of silicone and fills less than 30% of the passage opening.
  • transparent material 32b for example likewise silicone or, for example, a curable material-fills transparent material - the passage opening only partially.
  • the section-wise parabolic-mirror-like course of the reflective opening surface is adapted accordingly: since the light is refracted away from the optical axis at the interface between the transparent material and the air, the opening angle at the location of the optically thinner medium (the air) must be greater; so that reflected radiation is collimated.
  • the opening surface thus has a first portion 39a and a second portion 39b at a greater angle than the first portion.
  • the surface of the transparent material 32b coincides approximately with the transition between the first and second portions.
  • the surface of the transparent medium is shaped to be optimized in a central portion 32g for collimating light directly from the LED 36, whereas a second portion 32f collimates light once reflecting from the first parabolic mirror-like portion has been.
  • three exemplary beam paths are shown.
  • the effect of the first and second surface sections can also be achieved by corresponding diffractive structures.
  • FIGS. 4a to 4c show the exemplary sketches of an embodiment of the planar, robust light source according to the invention, which emits the light essentially at right angles to both surfaces of the light source.
  • the thin carrier 45 there with holes, where later the light-generating elements 46, so for example LED chip to be located.
  • the LED chip 46 then "floats" effectively at the two wire bonds 47 with which they are electrically contacted.
  • an auxiliary film 49 is first attached to the underside of the thin carrier 46 so fastened that they have a momentary hold, but later can easily be detached again For example, done with an optically transparent silicone gel that adheres only minimally to the auxiliary film 49.
  • the LED chip are electrically contacted and fixed by means of the wire bonds 47.
  • a mechanical stabilization takes place in that in the region of the LED chip 46 and the nearby edge of the thin carrier 45 a thin as possible, the optical requirements sufficient plastic layer 47, so for example a suitable silicone gel is applied.
  • the thus equipped thin carrier 45 is connected to the pressure-resistant base member 41, wherein the at least at this time still viscous plastic layer 47 is pressed into the corresponding cavities 42c of the pressure-resistant plate 41 in laterally something flows out. Firstly, a perfectly filled optical path is ensured and, secondly, a sufficiently good adhesion between the two components 41 and 45 is achieved. In a last step, the auxiliary film 49 is now removed.
  • a pressure-resistant base element of the same design or provided with other optical properties can now also be fastened on the underside of the resulting light source according to the invention.
  • FIG. 5 outlines the basic example of the case in which the planar, robust light source according to the invention has an optically effective additional element 57 in addition to the pressure-resistant base element 51 and the thin support 55 equipped with light-generating elements 56.
  • This additional element 57 is constructed in the example shown that it consists of a pressure-resistant plate 58 with optical elements 59 in corresponding openings.
  • the position of this optical element 59 is chosen so that they correspond to the optically effective through-holes 52 of the pressure-resistant base member 51.
  • FIGS. 6a to 6d sketchily show some possible embodiments of the optical elements 69 of the additional element 67.
  • the optical element 69 has no actual optical effect, but is in the form of an optically transparent flat plate, which is embedded in a pressure-resistant plate 68, formed as additional protection of the optically active through hole 62.
  • the additional element 67 consists only of an optically active plate 69, which is provided for example with a surface structure that produces a broad diffuse radiation of the light.
  • this plate must have a sufficiently high compressive strength to be suitable for the intended applications.
  • a plastic such as PC or PMMA.
  • glass can also be used.
  • the optical element 69 of the additional element 67 takes over the function of an extension of the parabolic shape of the through hole 62 through the pressure-resistant base member 61.
  • the pressure-resistant plate 68 of the additional element 67 at the corresponding locations corresponding parabolic through holes, which together with a corresponding optically transparent filling the optical element 69 form.
  • FIG. 6d outlines the case of an additional element which has the task of emitting the light in a nearly horizontal direction.
  • a pressure-resistant base element 61 which has obliquely parabolic through-holes 62, so that the light exits at the upper end of these through-holes, for example at a mean solid angle, which is inclined by approximately 20 ° relative to the vertical.
  • This light is deflected by the prismatic shape of the optical element 69 of the additional element 67 further in the horizontal direction, so that it finally emerges substantially in a solid angle range of 3 ° to 40 ° relative to the horizontal from the upper surface of the optical element 69.
  • the additional element is drawn in such a way that the optical element 69 extends over a plurality of through-holes 62, with the result that an addition of the light intensities occurs in the emission region.
  • the optical element 69 is embedded in corresponding holes of a pressure-resistant element 68, so that even when choosing a soft or brittle material for the optical element 69 a total of a pressure-resistant additional element 67 is formed.
  • the optical element can also be embedded in holes in the base element - correspondingly thicker in design - which eliminates the need for an additional pressure-resistant element 68.
  • the additional element can also be provided with means which influence the color of the emitted light, for example filters, etc.
  • light sources are particularly interesting which have an angle-dependent color emission. Such can be effected with an optically active element which deflects light in at least two different, defined directions. There is a separate color filter for each direction.
  • FIGS. 7a and 7b show schematic sections through a variant of the pressure-resistant base element 71 and the thin carrier 75, which permits a fastening between these two elements by means of positive locking.
  • the guide holes 73a of the pressure-resistant base element 71 on the lower side are provided with an extension 73b projecting annularly over the surface of the pressure-resistant base element 71, for example.
  • the height of this extension corresponds approximately to twice the thickness of the thin carrier 75.
  • the guide holes of the thin carrier have a diameter which is, for example, one micron larger than the diameter of the annular extension 73b. So that when joining the two elements 71 and 75 no problems occur, it is advantageous if the outer jacket of the substantially annular extension 73b is conical.
  • the two elements 71 and 75 are sketched in an assembled state, in which the annular extension 73b is formed after rivet-like outward and thus forms the desired positive connection between the two elements.
  • the joining process is carried out, for example, in such a way that the auxiliary pins used for joining are shaped at their lower end in such a way that the required deformation of the annular extensions 73b takes place by pressing on the base element 71.
  • a light source which has the following properties:
  • the light source is planar in the sense that it can be applied to given surfaces such as car terraces, runways of airfields, walkways, corridors and walls of buildings without incorporation into any wells without being a major obstacle to wheels rolling over them or creates a risk of tripping or a risk of injury; and which is flameproof in the sense that the light source is able to withstand the alternating load created by, for example, tires or airplanes rolling over it, or the high local pressures encountered, for example, entering the high-heel women's footwear light source can.
  • the light-generating electroluminescent elements for example unhoused LEDs or OLEDs surrounding flat and pressure-resistant housing, which are provided with measures which bring about a compressive strength even when the light source has a large surface area - here composed of carrier and base element.
  • the compressive strength is, for example, at least 30 N / mm, even for pressures acting on surfaces of less than 1 cm.
  • it is thin, ie, for example, 5 mm or thinner.
  • it is characterized by being robust in the anti-impact sense, such that it can withstand vandalism violent blows carried out, for example, with bottles or similar objects so as to withstand some such impacts without significant loss of luminosity, which means that it may fail locally but continues to emit light over a large area.
  • the light source is so gas and water vapor tight that all components contained in it, such as light-generating elements, electrical connections, optical elements, etc. have a high minimum life of, for example, 20O00 to 100,000 operating hours.
  • the light source according to the invention emits its light depending on the design: that, for example, from each light emitting point of the planar light source, the light emanates in the same defined solid angle perpendicularly or at a desired mean inclination to the surface of the light source, this defined solid angle depending on the embodiment, for example, between ⁇ 10 ° to ⁇ 80 °;
  • the light emanates, for example, from the light-emitting points of the planar light source in different defined solid angles and distributions;
  • the light in one or more desired color (s) is not uniformly radiated across the areal light source, but forms a particular defined pattern, such as a string of letters;
  • the light leaves the light source through the lateral boundaries of the light source and / or through the upper surface substantially in the lateral direction in a defined solid angle;
  • the light leaves the light source not only on one of the two-dimensional sides, but also exits in the same or different light distribution to both flat sides and / or possibly additionally from the lateral surfaces of the light source.
  • the base element 1 has channel-like recesses 4 which, as described, can serve different purposes.
  • the Baisiselement is but essentially one piece. Instead, the base element can also decay into subelements, as shown with reference to FIG. 2b. It can therefore be separated along, for example, straight and web-like dividing lines.
  • the individual sub-elements can each have several Through holes for one LED and as required as explained still have guide holes.
  • each sub-element 87 has exactly one through hole 82 for an LED 86.
  • the dividing lines 88 extend in a network or grid-like manner and separate the base element 81 into the sub-islands.
  • the LEDs are protected against moisture and environmental influences by the transparent mass of the type described above, which is introduced only after the application of the partial elements 87 on the base member 81.
  • the entire panel merely has to be divided along already existing dividing lines 88 in the base element. Under certain circumstances, only the support element must be shared.
  • a based on the 'sub-element' principle light source thus has a plurality of unhoused elektrolumineszentn elements on a support carrying them and a pressure-resistant, surface defining a base member which is mechanically connected in bearing zones with the carrier that pressure on the surface of Base element is derived on the support, wherein the supporting zones are distributed over substantially the entire surface of the light source, wherein the base element consists of a number of juxtaposed sub-elements, which are each associated with at least one electroluminescent element, and wherein carrier and base element together a pressure-resistant plate-like unit of total thickness of 1 cm or less.
  • carrier and base element together a pressure-resistant plate-like unit of total thickness of 1 cm or less.
  • the base member may be formed as an at least partially transparent body molded with the carrier, with the supporting zones then extending over the entire surface of the carrier, with the exception of the light-generating elements and possibly the rim.
  • this embodiment has the rather important disadvantage that the thermal expansion of the base element must be matched with high precision to that of the carrier, since otherwise shear forces act on the light-generating elements.
  • the light source according to the invention can be combined with further modules having complementary functionality, for example with modules which optimize the cooling.
  • the approaches to passive or active cooling by means of guided convection described in this application are suitable, depending on the application, to be used in combination with the approaches described here.

Abstract

The invention relates to a light source comprising a plurality of light-generating elements (6) and a support (5) that carries said elements, in addition to a surface-defining pressure-resistant base element (1), which in supporting zones is mechanically connected to the support in such a way that pressure on the surface is diverted by the base element to the support. According to the invention, the support and base element form a plate-shaped unit and the supporting zones are essentially distributed over the entire surface of the light source. The base element can be plate-shaped and have a plurality of cavities (2) that penetrate said element, the cavities being arranged to coincide with the arrangement of the light-generating elements. The light source is extremely flat and intrinsically pressure-resistant, so that it can be mounted on designated surfaces, such as carriageways, runways and taxiways of airfields, footpaths, or corridors and walls of buildings, without for example being integrated into recesses and without constituting a substantial obstacle for wheels rolling over its surface, or causing a person to stumble and sustain an injury.

Description

LICHTQUELLE LIGHT SOURCE
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle.The present invention relates to a light source.
Lichtquellen gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen und für eine Vielzahl von Anwendungen.Light sources are available in a wide variety of designs and for a variety of applications.
Lichtquellen für die Markierung von Verkehrswegen wie beispielsweise Autostrassen und Rollbahnen von Flugfeldern sind in den Schriften WO97/44615, US6168294 und US 4,907,361 beschrieben. In diesen drei und in allen anderen aus der Praxis bekannten Fällen werden die beschriebenen Signallichter in Vertiefungen eingebaut, die zu diesem Zwecke aus der Oberfläche des entsprechenden Verkehrsweges ausgehoben werden müssen. Die Dimensionen dieser Vertiefungen bewegen sich in der Grössenordnung 10 bis 20 cm Durchmesser und von 5 bis 15 cm Tiefe und sind deshalb wesentliche und teure bauliche Massnahmen.Light sources for the marking of traffic routes, such as, for example, car terraces and runways of airfields are described in the documents WO97 / 44615, US6168294 and US 4,907,361. In these three and in all other cases known from practice, the described signal lights are installed in depressions, which must be dug out of the surface of the corresponding traffic route for this purpose. The dimensions of these depressions are in the order of 10 to 20 cm in diameter and 5 to 15 cm deep and are therefore essential and expensive construction measures.
Immer beinhalten die Signallichter Lichtquellen wie beispielsweise Halogen-Lampen oder eine Vielzahl von gehäusten LED-Lampen, deren Licht mittels entsprechender optischer Elemente so geführt wird, dass es im Wesentlichen im Bereich des obersten cm der Signallichter in radialer Richtung und in einem vorgegeben Winkelbereich austritt. Es ist offensichtlich, dass die Signallichter zu diesem Zwecke mindestens so weit über die Oberfläche des Verkehrsweges hinausragen müssen, dass der Bereich radial austretenden Lichtes nicht verdeckt ist. Im Allgemeinen ragen sie mindestens 0.5 bis 1 cm über die Oberfläche hinaus.The signal lights always include light sources such as halogen lamps or a plurality of packaged LED lamps whose light is guided by means of corresponding optical elements so that it emerges substantially in the region of the uppermost cm of the signal lights in the radial direction and in a predetermined angular range. It is obvious that for this purpose the signal lights must extend at least as far beyond the surface of the traffic route that the area radially escaping light is not obscured. In general, they protrude at least 0.5 to 1 cm beyond the surface.
Immer sind die Lichtquellen und optischen Elemente der Signallichter in robuste und wasserdichte Gehäuse einzubauen, die dieser hohen Anforderungen wegen sehr aufwendig sind.Always the light sources and optical elements of the signal lights are to be installed in robust and waterproof housing, which are very expensive because of these high requirements.
Lichtquellen kommen auch als bzw. für Hinweisschilder wie beispielsweise Fluchtweg-Markierungen in Gebäuden zum Einsatz. Derartige Hinweisschilder werden heute ausnahmslos an der Decke oder in Überkopf-Höhe an den Wänden der entsprechenden Gebäude angebracht. Dies erfolgt aus Gründen einer guten Sichtbarkeit über grössere Distanzen. Beispiele entsprechender Hinweisschilder lassen sich in der Praxis sowie in der Fach- und Patenliteratur nahezu in unbegrenzter Anzahl finden. Als ein Beispiel die Schrift US 5 988 825 genannt.Light sources are also used as or for information signs such as escape route markings in buildings. Such signs are now attached without exception to the ceiling or overhead height on the walls of the corresponding building. This is done for reasons of good visibility over long distances. Examples of corresponding signs can be found in practice as well as in the specialist and patent literature almost in unlimited numbers. As an example, the document US 5,988,825 called.
Die an und für sich unbestreitbar richtige Zielsetzung guter Sichtbarkeit wird im Ernstfall eines Brandes bei einer Anordnung der Fluchtweg-Markierung an der Decke oder hoch an den Wänden nicht mehr erfüllt, weil der brandbedingte Qualm sich zuerst gerade dort ansammelt. Richtig wäre deshalb eine Anordnung der Hinweisschilder auf dem Boden oder tief unten an den Wänden. Eine solche Anordnung kann von Betroffenen im Extremfall auch dann noch wahrgenommen werden, wenn nach länger anhaltendem Brand nur noch in der Gegend des Bodens atembare Luft vorhanden ist. Eine Anordnung auf dem Boden verbietet sich heute der hohen damit verbundenen Kosten wegen, werden doch für die heutige, beispielsweise in der genannten Schrift beschriebene Bauart sehr teure und aufwändige Gehäuse und zusätzlich teuere bauliche Massnahmen in Form von entsprechenden Vertiefungen im Boden notwendig. Eine Anordnung tief an den Wänden verbietet sich - ohne teuren Einbau der Hinweisschilder in die Wände - der, durch die relativ weit hervorstehenden Schilder entstehenden, Verletzungsgefahr wegen.The undeniably correct objective of good visibility is no longer met in the event of a fire when the escape route marker is placed on the ceiling or high on the walls, because the smoke caused by the fire first accumulates there. Correct would therefore be an arrangement of the signs on the floor or deep down on the walls. Such an arrangement can be perceived by those affected in extreme cases, even if after prolonged fire only in the area of the soil breathable air is present. An arrangement on the ground prohibits today because of the high costs associated with it, but for today's, described for example in the cited type very expensive and complex housing and additionally expensive structural measures in the form of appropriate recesses in the ground necessary. An arrangement low on the walls is impossible - without expensive installation of the signs in the walls - the, due to the relatively far protruding signs resulting, injury due to.
Ein weiteres Anwendungsfeld von Lichtquellen liegt im Bereich dekorativer Beleuchtungen. In diesem Sinne finden sich in den letzten Jahren beispielsweise vermehrt Anwendungen in privaten Wohnräumen oder im Bürobereich, bei denen aus im Boden eingelassenen Leuchtkörpern beispielsweise weisses Licht als sogenannter Lichtvorhang im wesentlichen in senkrechter Richtung in den Raum abgestrahlt wird. Zu diesem Zwecke müssen die entsprechenden Leuchtkörper erstens mit relativ aufwendigen „begehbaren" Gehäusen versehen sein und zweitens müssen sie in im Boden vorhandene, teure Vertiefungen eingebaut werden.Another field of application of light sources is in the field of decorative lighting. In this sense, for example, in recent years, for example, increased applications in private homes or offices, where, for example, from the recessed in the ground lights, white light is emitted as a so-called light curtain substantially in the vertical direction in the room. For this purpose, the corresponding lighting must firstly be provided with relatively expensive "walk-in" cases and secondly they must be installed in existing in the ground, expensive wells.
Dekorative oder sicherheitstechnisch verwendete Leuchtpaneele mit einer möglichst flächigen Lichtabstrahlung sind aus den Schriften EP 1 081 426, DE 42 37 107 und DE 199 17 401 bekannt. Keine dieser Schriften zeigt Leuchtpaneele, welche auch als Verkehrswegmarkierungen geeignet wären.Decorative or safety technology used light panels with the widest possible light emission are known from the writings EP 1 081 426, DE 42 37 107 and DE 199 17 401. None of these writings shows light panels, which would also be suitable as traffic route markings.
Noch ein Anwendungsfeld von Lichtquellen ist die Verwendung, mindestens als Notbeleuchtung, allenfalls aber als einzige Beleuchtung in öffentliche Zonen wie beispielsweise Fussgänger-Unterführungen, Parkgaragen usw. Derartige Beleuchtungen sind bekanntlich in besonderem Masse Vandalismus -gefährdet und müssen mit den heute existierend Lichtquellen deshalb ausserhalb der direkten Reichweite montiert und/oder mit aufwändigen schlagfesten Abdeckungen versehen werden. Zumindest aus Gründen der Wartung, aber auch aus gestalterischen und physiologischen Gründen, wäre es aber wünschenswert, diese Beleuchtungen zumindest teilweise in unmittelbarer Reichweite, also beispielsweise innerhalb des ersten unteren Meters einer Wand anzubringen. In manchen Fällen kann sogar eine Montage auf dem Boden sinnvoll sein. Weiter Anwendungen von Lichtquelle sind natürlich im Bereich der allgemeinen Raumbeleuchtung und im Bereich der Strassenbeleuchtung zu finden. Häufig stellt sich das Problem der Unterbringung der Lichtquellen in einer Art, dass sie geschützt, in ihrer Wirkung optimiert und optisch ansprechend angeordnet sind.Another field of application of light sources is the use, at least as emergency lighting, but at most as the only lighting in public areas such as pedestrian underpasses, parking garages, etc. Such lights are known to be particularly vulnerable to vandalism and must be with the existing light sources therefore outside the mounted direct reach and / or provided with elaborate impact-resistant covers. At least for reasons of maintenance, but also for design and physiological reasons, it would be desirable to attach these lights at least partially in immediate reach, so for example within the first lower meter of a wall. In some cases even mounting on the floor can be useful. Further applications of light source are of course found in the field of general room lighting and in the field of street lighting. Often, the problem of accommodating the light sources in a way that they are protected, optimized in their effect and arranged visually appealing.
Ein Leuchtpaneel für die allgemeine Raumbeleuchtung aber mit einem speziellen einstückigen Reflektorkörper zum Erzeugen einer Richtwirkung und von Lichteffekten zeigt die deutsche Gebrauchsmusterschrift 201 16 022. Auch das in dieser Schrift offenbarte Leuchtpaneel wäre nicht für die Verkehrswegmarkierung geeignet.A light panel for general room lighting but with a special one-piece reflector body to produce a directivity and light effects shows the German utility model 201 16 022. Also, the illuminated panel disclosed in this document would not be suitable for traffic route marking.
Für alle vorstehend beschriebenen Anwendungen müssen unterschiedliche, zum Teil aufwändige Vorkehrungen getroffen werden, um Anforderungen an die Lichtquellen, ihre Gehäuse und ihre Montage gerecht zu werden.For all applications described above, different, sometimes complex arrangements must be made to meet the requirements of the light sources, their housings and their installation.
Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, dass nach technischen Massnahmen an Lichtquellen gesucht werden kann, die gleichzeitig in ganz unterschiedlichen Anwendungsgebieten Lösungen der spezifischen sich dort stellenden Probleme bieten.It is a recognition of the invention that it is possible to search for technical measures for light sources which at the same time offer solutions to the specific problems arising there in completely different fields of application.
Die Erfindung beruht also auf der Idee, eine Lichtquelle zur Verfügung zu stellen, die in zumindest einigen der vorstehend genannten Fällen Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik bringt. Vorzugsweise sollte die Lichtquelle für unterschiedliche Anwendungen geeignet sein und beispielsweise auf einfache Weise an geeigneten Orten anbringbar sein sein. Sie sollte vorzugsweise kostengünstig herstellbar und mit wenig Aufwand montierbar sein. Hierzu bietet die Erfindung einen völlig neuen Ansatz. Es wird eine flächige, dünne (Gesamtdicke 1 cm oder weniger), in sich druckfeste und vorzugsweise gegen Schlageinwirkung robuste Lichtquelle zur Verfügung gestellt. Die Lichtquelle sollte so ausgestaltbar sein, dass sie in einigen Ausführungsfomren gegen Umwelteinflüsse robust ist. In einigen Ausführungsfomren sollte sie in unterschiedlichen Ausprägungen unterschiedliche, vom Anwender definierbare räumliche Lichtabstrahlung und/oder Lichtfarbenverteilung aufweisen.The invention is thus based on the idea of providing a light source which, in at least some of the cases mentioned above, brings about improvements over the prior art. Preferably, the light source should be suitable for different applications and, for example, be easily attachable at suitable locations. It should preferably be inexpensive to produce and install with little effort. For this purpose, the invention offers a completely new approach. It is a flat, thin (total thickness 1 cm or less), in itself pressure-resistant and preferably robust against impact light source available. The light source should be capable of being designed to be robust against environmental influences in some embodiments. In some embodiments, it should have different user-definable spatial light emission and / or light color distribution in different forms.
Flächig, im Sinne der Erfindung, ist die Lichtquelle dann, wenn sie - ohne Einbau in jedwelche Vertiefungen - auf gegebene Oberflächen wie beispielsweise Autostrassen, Rollbahnen von Flugfeldern, Gehwegen, Korridoren und Wänden von Gebäuden aufgebracht werden kann, ohne dass sie ein wesentliches Hindernis für über sie hinwegrollende Räder oder eine Stolpergefahr oder eine Verletzungsgefahr erzeugt. Die Lichtquelle ist höchstens 1 cm oder sogar höchstens 0,7 cm, 0,5 cm oder 0,4 cm dick und flächig, also plattenförmig.Flat, in the context of the invention, the light source is when it can - without installation in any wells - on given surfaces such as car terraces, runways of airfields, sidewalks, corridors and walls of buildings can be applied without them a major obstacle to wheels rolling over them or creating a risk of tripping or a risk of injury. The light source is at most 1 cm or even at most 0.7 cm, 0.5 cm or 0.4 cm thick and flat, so plate-shaped.
Druckfest, im Sinne der Erfindung, ist die Lichtquelle dann, wenn sie der Wechselbelastung, die beispielsweise von über sie hinwegrollenden Pneu von Lastwagen oder Flugzeugen erzeugt wird, oder den hohen lokalen Drücken die beispielsweise beim Betreten der Lichtquelle mit hochhakigen Damenschuhen entstehen, mindestens über den Zeitraum ihrer vorgesehenen Lebensdauer stand zu halten vermag.Compressive, in the context of the invention, the light source is when the alternating load, which is generated, for example, from rolling over them Pneu of trucks or aircraft, or the high local pressures that arise for example when entering the light source with hochhakigen ladies shoes, at least over the Period of their intended life is able to withstand.
Gegen Schlageinwirkung robust, im Sinne dieser Beschreibung, ist die Lichtquelle dann, wenn sie in Vandalismus-Absicht geführte heftige Schläge, die beispielsweise mit Flaschen oder ähnlichen Gegenständen ausgeführt werden, so stand zu halten vermag, dass sie einige solche Schläge ohne wesentliche Einbusse von Leuchtstärke erträgt. Dies bedeutet mindestens, dass sie zwar lokal versagen darf, aber grossflächig weiterhin Licht abgibt.Robust against impact, in the sense of this description, the light source is when it can withstand vandalism violent blows carried out, for example, with bottles or similar objects, can withstand such a few blows without significant loss of luminosity he wears. This means at least that it may fail locally, but continues to emit light over a large area.
Robust bedeutet hier weiterhin, dass die Lichtquelle in sich so gas- und wasserdampfdicht ist, dass alle in ihr enthaltenden Bauelemente wie beispielsweise Licht erzeugende Elemente (beispielsweise ungehäuste LED-Chip), elektrische Verbindungen, optische Elemente usw. eine hohe Mindestlebensdauer von beispielsweise 20O00 Betriebsstunden aufweisen.Robust here further means that the light source is so gas and water vapor-tight that all components contained in it such as light-generating elements (eg, unpackaged LED chip), electrical connections, optical elements, etc., a high minimum life of, for example 20O00 operating hours respectively.
Vom Anwender definierbare räumliche Lichtabstrahlung und Lichtfarbenverteilung bedeutet hier, dass die erfindungsgemässe Lichtquelle ihr Licht so abgibt:User-definable spatial light emission and light color distribution here means that the light source according to the invention emits its light in such a way:
- dass beispielsweise von jedem lichtabstrahlenden Punkt der flächigen Lichtquelle das Licht in demselben definierten Raumwinkel senkrecht oder in einer gewünschten mittleren Neigung zur Fläche der Lichtquelle ausgeht, wobei dieser definierte Raumwinkel je nach Ausführung beispielsweise zwischen ± 10° bis ±80° beträgt;- That, for example, from each light-emitting point of the flat light source, the light in the same defined solid angle perpendicular or at a desired mean inclination to the surface of the light source, said defined solid angle depending on the embodiment, for example, between ± 10 ° to ± 80 °;
- dass beispielsweise von den lichtabstrahlenden Punkten der flächigen Lichtquelle das Licht in unterschiedlichen definierten Raumwinkeln und Verteilungen ausgeht;that, for example, the light emanates from the light-emitting points of the planar light source in different defined solid angles and distributions;
dass beispielsweise das Licht in einer oder mehreren gewünschten Farbe(n) nicht gleichmässig über die flächige Lichtquelle abgestrahlt wird, sondern ein bestimmtes definiertes Muster, wie beispielsweise ein Folge von Buchstaben, bildet;that, for example, the light in one or more desired color (s) is not uniformly radiated across the areal light source, but forms a particular defined pattern, such as a string of letters;
dass beispielsweise das Licht die Lichtquelle durch die seitlichen Begrenzungen der Lichtquelle und/oder durch die obere Fläche im Wesentlichen in lateraler Richtung in einem definierten Raumwinkel verlässt; und/oder dass beispielsweise das Licht die Lichtquelle nicht nur auf einer der flächigen Seiten verlässt, sondern in gleicher oder unterschiedlicher Lichtverteilung zu beiden flächigen Seiten und/oder allenfalls zusätzlich aus den seitlichen Flächen der Lichtquelle austritt.that, for example, the light leaves the light source through the lateral boundaries of the light source and / or through the upper surface substantially in the lateral direction in a defined solid angle; and / or that, for example, the light leaves the light source not only on one of the two-dimensional sides, but also exits from the lateral surfaces of the light source in the same or different light distribution to both flat sides and / or possibly additionally.
Gemäss einem erfindungsgemässen Ansatz beinhaltet die flächige, druckfeste Lichtquelle mit lichterzeugenden Elementen auf einem Träger ein druckfestes plattenartiges Element (,Basiselement£), durch welches auf die Oberfläche der Lichtquelle einwirkender Druck ableitbar ist. Dabei ist dieses Element so ausgebildet und angeordnet, dass es bei einem auf die Oberfläche ausgeübten Druck die lichterzeugenden Elemente schützt, indem es den Druck lokal in der Umgebung der lichterzeugenden Elemente auf den Träger ableitet. Es sind also über die ganze Fläche verteilte und bspw. mindestens 50% der Fläche bedeckende tragende Zonen vorgesehen, in denen der Druck direkt an den Träger weitergeleitet wird. Damit die Eigenschaft der Druckfestigkeit in sich und die Flachheit gewährleistet werden können, sind die lichterzeugenden Elemente ungehäuste elektrolumineszente Elemente, also ungehäuste Leuchtdioden oder eventuell OLEDs.According to an approach according to the invention, the flat, pressure-resistant light source with light-generating elements on a carrier contains a pressure-resistant plate-like element (base element £ ), by means of which pressure acting on the surface of the light source can be derived. In this case, this element is designed and arranged such that it protects the light-generating elements at a pressure exerted on the surface, by deriving the pressure locally on the carrier in the vicinity of the light-generating elements. So there are provided over the whole area distributed and, for example, at least 50% of the area covering supporting zones in which the pressure is forwarded directly to the carrier. Thus, the property of compressive strength in itself and the flatness can be ensured, the light-generating elements are unhoused electroluminescent elements, ie unhoused LEDs or possibly OLEDs.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist der Durchmesser der lichterzeugenden Elemente so klein, dass mindestens 10 lichterzeugende Elemente pro cm2 anbringbar sind. Gemäss einer speziellen Ausführungsform weist das Basiselement entsprechend mindestens 10 lichterzeugende Elemente pro cm2 auf.According to a preferred embodiment, the diameter of the light-generating elements is so small that at least 10 light-generating elements per cm 2 can be attached. According to a specific embodiment, the base element accordingly has at least 10 light-generating elements per cm 2 .
Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Basiselement im Wesentlichen flach mit einer der Aufgabenstellung entsprechenden Anzahl von „Durchgangslöchern", die das Element in Richtung senkrecht zu seiner grossen Fläche durchdringen. Wenn nötig können zusätzlichen Vertiefungen vorhanden sein, deren Achse im wesentlichen senkrecht zur grossen Fläche des plattenartigen Elementes verläuft.According to a particularly preferred embodiment, the base element is essentially flat with a number of "through-holes" corresponding to the task, which penetrate the element in the direction perpendicular to its large surface. whose axis is substantially perpendicular to the large surface of the plate-like element.
Der Begriff „Durchgangsloch" soll jegliche Art von Öffnungen beinhalten, die das druckfeste, plattenartige Element in der angegebenen Richtung durchdringen. Häufig wird die Achse der Öffnungen im Wesentlichen senkrecht zu der grossen Fläche des plattenartigen Elementes verlaufen. Das bedeutet aber nicht, dass die Öffnung notwendigerweise rotationssymmetrisch sein muss. Weiter beinhaltet es auch durchgehende Öffnungen, welche die Funktion eines optisch wirksamen Elementes übernehmen, also beispielsweise als Blende oder als Lichtleiter oder als Hohlspiegel wirken. Gemäss einfachen Ausführungsformen sind die durchgehenden Öffnungen einfache zylindrische Löcher, das Basiselement also eine Lochplatte. Weiter soll der Begriff auch mit Material gefüllte Öffnungen beinhalten, wobei diese Füllmaterialien in der Regel optisch transparente Materialien sind, deren Oberflächen allenfalls so geformt sind, dass - im Sinne von Linsen und/öder Umlenkelementen - optisch wirksam sind. In der Regel ist die Füllung der Durchgangslöcher so gestaltet, dass die Oberfläche der Füllung, mindestens um wenige hundertstel mm, unterhalb des oberen Randes des eigentlichen Durchgangsloches liegt.The term "through-hole" is intended to include any type of orifice penetrating the flameproof plate-like member in the indicated direction, often the axis of the orifices will be substantially perpendicular to the large area of the plate-like member, but this does not mean that the orifice Furthermore, it also includes through openings, which take over the function of an optically active element, for example as a diaphragm or as a light guide or as a concave mirror According to simple embodiments, the through holes are simple cylindrical holes, the base element thus a perforated plate. In addition, the term should also include openings filled with material, these filling materials generally being optically transparent materials whose surfaces are at most shaped so that-in the sense of lenses and / or deflecting elements-they are optically effective As a rule, the filling of the through-holes is designed such that the surface of the filling, at least by a few hundredths of a mm, lies below the upper edge of the actual through-hole.
Der Begriff „Träger" umfasst beliebige Gebilde, welche die lichtemittierenden Elemente tragen. Der Träger muss nicht homogen sein, sondern kann aus mehreren, bspw. mindestens zum Teil folienartigen Bauteilen bestehen.The term "carrier" encompasses any structures which carry the light-emitting elements The carrier does not have to be homogeneous, but may consist of a plurality of, for example at least partially foil-like components.
Durch die Anwesenheit derartiger Durchgangslöcher und Vertiefungen entstehen bei einer örtlichen flächigen Belastung in Richtung der Senkrechten zur grossen Fläche des druckfesten, plattenartigen Elementes offensichtlich druckfreie Zonen im Innern der Durchgangslöcher und Vertiefungen, solange die Fläche der örtlichen, flächigen Belastung grösser ist als die Offnungsfläche der grössten Durchgangslöcher bzw. Vertiefungen. Tragende Zonen entstehen dort, wo keine Löcher oder Vertiefungen vorhanden sind. Das Basiselement ist so gestaltet, dass die Summe der tragenden Zonen beispielsweise mehr als 70%, in der Regel mindestens 50% der Gesamtfläche ausmacht und die tragenden Zonen gleichmässig verteilt über die gesamte Fläche vorhanden sind.Due to the presence of such through-holes and depressions, local pressure in the direction of the perpendicular to the large area of the pressure-resistant, plate-like element evidently results in pressure-free zones in the interior of the through-holes and depressions, as long as the area of the local, planar load is greater than the area of opening of the largest Through holes or Wells. Wearing zones are formed where there are no holes or depressions. The base element is designed so that the sum of the load-bearing zones, for example, more than 70%, usually at least 50% of the total area and the load-bearing zones evenly distributed over the entire area are available.
Dies bedeutet, dass das Vorhandensein von nicht tragenden Bereichen, die lokal auf das Material des plattenartigen Elementes wirkenden Druckbelastungen beispielsweise höchstens verdoppelt. Da eine Vielzahl von Kunststoffmaterialen und alle Metalle solchen Drücken standhalten, stehen zum Aufbau des druckfesten plattenartigen Basiselementes, vom Blickwinkel der Druckfestigkeit aus betrachtet, nahezu beliebig viele Materialen zur Verfügung.This means that the presence of non-bearing areas, for example, at most doubles the pressure loads acting locally on the material of the plate-like element. Since a variety of plastic materials and all metals withstand such pressures, are available to build the pressure-resistant plate-like base element, from the perspective of compressive strength from almost any number of materials available.
Die ungehäusten elektrolumineszenten Elemente sind jeweils nahe der Mittelachse der genannten Durchgangslöcher auf der, der Druckeinwirkung abgewandten Seite des Basiselementes angeordnet sind.The unhoused electroluminescent elements are each arranged near the central axis of said through-holes on the side of the base element facing away from the pressure effect.
Ungehäuste Licht emittierende Dioden (LED Chip) stehen am Markt zur Verfügung und können in unterschiedlichsten Formen und unterschiedliche Farben abstrahlend als Massenprodukt preiswert bezogen werden. Neuerdings kann auch auf entsprechende ungehäuste organische Licht emittierende Dioden (OLED) zurückgegriffen werden. Wenn im Folgenden von LED-Chip gesprochen wird, soll dies immer die OLED-Variante beinhalten. Die Dimensionen des genannten LED- Chips liegen in der Grössenordnung von ca. 0.3x0.3x0.3 mm.Uncased light-emitting diodes (LED chip) are available on the market and can be purchased inexpensively in a wide variety of shapes and different colors as a mass-produced product at low cost. Recently, it is also possible to resort to corresponding unhoused organic light-emitting diodes (OLED). In the following, when talking about LED chip, this should always include the OLED variant. The dimensions of said LED chip are on the order of about 0.3x0.3x0.3 mm.
Der allenfalls sehr dünne Träger ist gemäss einer bevorzugten Ausführungsform mit den notwendigen elektrische leitenden Strukturen versehen ist, um die lichterzeugenden Elemente elektrisch kontaktieren zu können. Im Falle der Verwendung von LED-Chip erfolgt die elektrische Kontaktierung in der Regel durch einen sogenannten Diebond, der erstens den Chip auf dem Träger befestigt und zweitens einen ersten elektrischen Kontakt erstellt, sowie durch einen sogenannten Drahtbond, der von der oberen Chipfläche auf eine entsprechende Kontaktstelle der Trägerplatte führt. In anderen Fälle erfolgt mittels des Diebondes nur eine Befestigung des Chip, während die elektrische Kontaktierung mit zwei Drahtbonds geschieht.The possibly very thin carrier is provided according to a preferred embodiment with the necessary electrical conductive structures to the To be able to contact light-generating elements electrically. In the case of the use of LED chip, the electrical contacting is usually carried out by a so-called diebond, which firstly attaches the chip to the carrier and secondly creates a first electrical contact, and by a so-called wire bond from the upper chip surface to a corresponding Contact point of the support plate leads. In other cases, by means of Diebondes only one attachment of the chip, while the electrical contacting is done with two wire bonds.
Selbstverständlich kann die Befestigung und Kontaktierung der lichterzeugenden Elemente auf dem Träger auch mittels anderer aus dem Bereich der Montage von Halbleiterchip hinlänglich bekannten Methoden, wie beispielsweise dem bekannten Flip-Chip- Verfahren erfolgen. Diese Methode weist den Vorteil auf, dass keine Drahtbonds von Nöten sind, sondern die Chip direkt mittels sogenannter Lot-Bumps kontaktiert und befestigt werden. Dies bringt neben einer in vielen Fällen erhöhten Betriebssicherheit, den Vorteil dass insgesamt eine geringere Bauhöhe und Baubreite entsteht. Für die erfindungsgemässe Lichtquelle wird vorteilhafterweise eine Variante der bekannten Glas-Flip-Chip Technik eingesetzt. Als Träger wird ein optisch transparentes Material verwendet auf dem optisch transparente elektrische leitende Bahnen und Bondpads vorhanden sind, die beispielsweise mittels einer strukturierten ITO-Schicht hergestellt wurden. Die beispielsweise mit bekannten Stud-Bumps - dies sind im Prinzip kurz abgerissene Bonddrähte - versehenen LED- Chip werden mit ihrer Licht abstrahlenden Seite auf den so vorbereiteten transparenten Träger gebondet. Der nun folgende sogenannte Underfill-Prozess. Bei dem der Luftspalt zwischen LED-Chip und transparenetem Träger ausgefüllt wird, muss mit einem in seiner Viskosität für diesen Zweck geeigneten transparenten Material durchgeführt werden. Hierzu ist beispielsweise ein entsprechendes Silikon- Gel geeignet. Eine oder mehrere der mit den elektrische kontaktierten LED-Chip bestückten dünnen Trägerplatten werden auf der, der Druckeinwirkung abgewandten Seite und in den tragenden Zonen des Basiselementes mit demselben, beispielsweise mittels einer Verklebung, Verlötung oder Vernietung verbunden.Of course, the attachment and contacting of the light-generating elements on the carrier can also be effected by means of other methods which are well known from the field of semiconductor chip mounting, such as, for example, the known flip-chip method. This method has the advantage that no wire bonds are needed, but the chips are contacted and fixed directly by means of so-called solder bumps. This brings in addition to a in many cases increased reliability, the advantage that overall a lower height and width. For the light source according to the invention, a variant of the known glass flip-chip technique is advantageously used. As the carrier, an optically transparent material is used on the optically transparent electrically conductive tracks and bond pads are present, which were prepared for example by means of a structured ITO layer. The LED chip provided, for example, with known stud bumps-in principle short torn off bond wires-are bonded with their light-emitting side to the transparent carrier prepared in this way. The following so-called underfill process. In filling the air gap between the LED chip and the transparent support, it is necessary to carry out a transparent material suitable in its viscosity for this purpose. For this purpose, for example, a corresponding silicone gel is suitable. One or more of the thin contacted with the electrically contacted LED chip thin carrier plates are connected to the side facing away from pressure and in the bearing zones of the base member with the same, for example by means of a gluing, soldering or riveting.
Der dünne Träger sollte so aufgebaut sein, dass er dort, wo er mit den tragenden Zonen des Basiselementes verbunden ist, die dort übertragenen Drücke übernehmen und beispielsweise auf den Boden unterhalb der erfindungsgemässen flachen, robusten Lichtquelle ableiten kann. Die dafür notwendige Druckfestigkeit ist in der Regel bereits bei den bekannten Leiterplatten für elektronische Bauteile gegeben, so dass in einer einfachsten Variante auf die bekannte sogenannte Chip on Board (COB) Technik zurückgegriffen werden kann.The thin support should be constructed so that it, where it is connected to the supporting zones of the base member, take over the pressures transmitted there and can derive, for example, to the ground below the inventive flat, robust light source. The necessary compressive strength is usually given already in the known printed circuit boards for electronic components, so that in a simple version of the known so-called chip on board (COB) technology can be used.
In Fällen in denen die erfindungsgemässe Lichtquelle aber mit sehr vielen lichterzeugenden Elementen, also beispielsweise mit 16 oder 25 LED-Chip pro cm2, ausgestattet wird, ist es wesentlich, dass der dünne Träger - neben der notwendigen, mindestens lokalen Druckfestigkeit, möglichst gut Wärme ableitet. In diesen Fällen ist es von Vorteil, den Träger so aufzubauen, dass er eine metallische Trägerfolie bzw. -platte aufweist, welche eine dünne elektrisch isolierende Schicht besitzt, also beispielsweise eine einige 10 μm dicke Kunststoff Schicht, besser aber eine 0.5 bis 1 μm dünne Siliziumoxyd- oder Siliziumnitridschicht oder eine entsprechend dünne beispielsweise mittels Sol-Gel Verfahren aufgebrachte Glas- bzw. Keramikschicht. Auf dieser, allenfalls örtlich geöffneten isolierenden Schicht befindet sich eine nächste, strukturierte metallische Schicht, welche - allenfalls unter Einbezug der unteren metallischen Trägerfolie - die elektrische Kontaktierung der LED-Chip ermöglicht. Für beide genannten Aufbaumöglichkeit des dünnen Trägers ist es - im Sinne des Gesamtaufbaus der erfindungsgemässen Lichtquelle - von grossem Vorteil wenn der mit LED-Chip bestückte Träger gegen Einfluss von Wasserdampf, aggressiven Gasen und Chemikalien geschützt wird. Dies kann beispielsweise durch Aufbringen einer sogenannten Passivierungsschicht mittels Plasmaverfahren erfolgen.However, in cases in which the light source according to the invention is equipped with a large number of light-generating elements, for example with 16 or 25 LED chips per cm 2, it is essential that the thin support dissipates heat as well as possible, at least local compressive strength , In these cases, it is advantageous to construct the carrier so that it has a metallic carrier foil or plate which has a thin electrically insulating layer, for example a plastic layer some tens of microns thick, but better a 0.5 to 1 micron thin Silicon oxide or silicon nitride layer or a correspondingly thin, for example by means of sol-gel method applied glass or ceramic layer. On this, possibly locally open insulating layer is a next, structured metallic layer, which - possibly with the inclusion of the lower metallic carrier film - allows the electrical contacting of the LED chip. For both mentioned construction possibility of the thin carrier it is - in the sense of the overall structure of the inventive light source - of great advantage if the stocked with LED chip carrier against the influence of water vapor, aggressive gases and chemicals is protected. This can be done, for example, by applying a so-called passivation layer by means of a plasma process.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Lichtquelle sind evident. Die Lichtquelle ist in sich selbst so robust, dass kein zusätzliches Gehäuse notwendig ist. Sie ist weiter so flach, dass sie keinesfalls ein über die Oberfläche eines Verkehrsweges hinausragen von bspw. 0.5 bis 1 cm überschreitet. Und schliesslich beinhaltet sie alle notwendigen optischen Elemente, die eine den beschrieben Signallichtern entsprechende Lichtverteilung erzeugen. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemässe Lichtquelle im Normalfall ohne Zusatzelemente und ohne die Aushebung von Vertiefungen beispielsweise mittels Klebung oder mittels Verschraubung direkt auf die Oberfläche des entsprechenden Verkehrsweges aufgebracht werden kann.The advantages of the light source according to the invention are evident. The light source is so robust in itself that no additional housing is necessary. It is still so flat that they do not exceed a project beyond the surface of a traffic route of, for example, 0.5 to 1 cm. And finally, it contains all the necessary optical elements that produce a light distribution corresponding to the described signal lights. This means that the light source according to the invention can normally be applied directly to the surface of the corresponding traffic route without additional elements and without the excavation of depressions, for example by means of gluing or by screwing.
Auch in Anwendungsbeispielen, in welchen die Lichtquelle nicht überrollbar angebracht ist, sind Vorteile der erfindungsgemässen Lichtquelle offensichtlich.Also in application examples, in which the light source is not mounted rollable, advantages of the inventive light source are obvious.
Beispielsweise bei der Verwendung zur Fluchtwegmarkierung kann die flächige und in sich druckfeste Lichtquelle ohne wesentliche bauliche Massnahmen - auch nachträglich - auf dem Boden oder tief an den Wänden befestigt werden, ohne dass die vorstehend geschilderten Nachteile auftreten.For example, when used for escape route marking, the flat and inherently flameproof light source without significant structural measures - even later - be fixed to the ground or deep to the walls without the disadvantages described above occur.
Der Lichtaustritt aus der Lichtquelle mit beispielsweise grünem Licht erfolgt in diesem Falle natürlich so, dass eine sinnvolle Folge von Buchstaben und Zeichen entsteht. Des relativ flachen Sicht-Winkels wegen, der sich bei relativ grossen Distanzen, also beispielsweise aus 10 m Distanz bei auf dem Boden montierten Hinweisschildern ergibt, kann es sinnvoll sein, wenn der Aufbau in der Richtung der grossen Distanz lang gezogene Buchstaben und Zeichen besitzt, die darüber hinaus, wenn sinnvoll, beispielsweise bei Betrachtung aus kürzerer Distanz, d.h. bei Betrachtung aus einem steileren Winkel mittels geeigneter optischer Elemente verkürzt wahrgenommen werden. Ein hierfür geeigneter optischer Aufbau ist beispielsweise einer, der demjenigen der alt bekannten sogenannten Wackelbilder entspricht.The light emission from the light source with, for example, green light takes place in this case, of course, so that a meaningful sequence of letters and characters is created. Due to the relatively flat view angle, which is relatively large Distances, ie, for example, results from 10 m distance when mounted on the ground signs, it may be useful if the structure in the direction of the long distance long drawn letters and characters has, in addition, if appropriate, for example when viewed from a shorter distance , ie when viewed from a steeper angle by means of suitable optical elements shortened perception. An optical structure suitable for this purpose is, for example, one which corresponds to that of the previously known so-called wobbly images.
Bei der Verwendung als dekorative Beleuchtung kann die, hier allenfalls kreisrund gestaltete Lichtquelle, ohne zusätzliche bauliche Massnahmen - allenfalls auch nachträglich - auf dem Boden befestigt werden. In einer Ausführungsvariante kann die erfindungsgemässe Lichtquelle beispielsweise so gestaltet sein, dass sie ihr Licht in einem gewünschten schrägen Winkel zu ihrer Fläche abgibt und um ihre senkrechte Achse drehbar auf dem Boden montiert sein, womit sich mit einigen derartigen Lichtquellen vielfältige Lichtverteilungen einstellen lassen.When used as a decorative lighting, the here at best circular designed light source, without additional structural measures - possibly even later - be fixed to the floor. In one embodiment, the light source according to the invention may for example be designed so that it emits its light at a desired oblique angle to its surface and rotatably mounted about its vertical axis on the ground, which can be adjusted with some such light sources diverse light distributions.
Auch ein Anbringen im Innern von Schränken oder als diskrete Raumbeleuchtung direkt an Wänden etc. ist ohne Weiteres möglich, ohne dass bauliche Massnahmen getroffen werden müssten.An attachment inside cabinets or as a discrete room lighting directly to walls, etc. is easily possible without structural measures would have to be taken.
Der Vorteil der erfindungsgemässen flächigen und in sich druckfesten, robusten Lichtquelle ist auch für das Anwendungsfeld der Beleuchtung in öffentlichen Zonen deutlich erkennbar. Die Lichtquelle ist so aufgebaut, dass sie vielen heftigen Schlägen mit stumpfen Gegenständen widerstehen kann, Und, dass sie bei einer Malträtierung mit spitzigen Schlagwerkzeugen nur lokal versagt und grossflächig weiterhin Licht abgibt. Dies ist wichtig, wenn Vandalismus befürchtet werden muss. Darüber hinaus ist so flach, dass sie ohne zusätzliche bauliche Massnahmen und ohne entstehende Verletzungsgefahr - allenfalls auch nachträglich - direkt auf die entsprechenden Wände montiert werden kann. Weiter kann sie beispielsweise in ihrem räumlichen Lichtabstrahlungsverhalten so gestaltet sein, dass ihr aus der grossen Fläche austretendes Licht beispielsweise in einem flachen Winkel nur in Richtung Boden abgestrahlt wird und so keinerlei Blendwirkung entsteht.The advantage of the flat and inherently pressure-resistant, robust light source according to the invention is also clearly recognizable for the field of application of lighting in public zones. The light source is constructed so that it can withstand many violent blows with blunt objects, and that when maltreated with pointed striking tools it only fails locally and continues to emit light over a large area. This is important if vandalism has to be feared. In addition, it is so shallow that it can be used without additional structural measures and Without any risk of injury - even at a later date - can be mounted directly on the corresponding walls. Further, it can be designed, for example, in their spatial light emission behavior so that their light emerging from the large surface is radiated, for example, at a shallow angle only in the direction of the ground and thus no glare arises.
Es ist offensichtlich, dass sich noch wesentlich mehr entsprechende Anwendungsfelder für die erfindungsgemässe flächige und in sich druckfeste Lichtquelle beschreiben lassen.It is obvious that much more suitable fields of application can be described for the flat and inherently pressure-resistant light source according to the invention.
Hier soll jedoch nur noch darauf hingewiesen werden, dass eine derartige Lichtquelle auch im Bereich der allgemeinen Raumbeleuchtung und sogar im Bereich der Strassenbeleuchtung durchaus ihre Berechtigung hat. In allen Fällen ist es nämlich zumindest sehr angenehm, wenn eine Lichtquelle beispielsweise nicht durch versehentliches Fallenlassen zerstört wird. Im Bereich Strassenbeleuchtungen ist auch die geschilderte hohe Vandalensicherheit von Vorteil, sieht man doch in vermehrtem Masse Strassenbeleuchtungen deren Leuchtkörper beispielsweise durch Steinwürfe mutwillig zerstört wurden.Here, however, it should only be pointed out that such a light source also has its justification in the field of general room lighting and even in the field of street lighting. In all cases, it is at least very pleasant, for example, if a light source is not destroyed by accidental drops. In the field of street lighting and the described high vandalism is an advantage, but you can see in more mass street lighting whose luminous bodies were willfully destroyed, for example by stone throwing.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich nach den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims.
Die Erfindung betrifft auch ganz allgemein ein aktiv leuchtendes Verkehrswegmarkierungselement, welches so ausgestaltet ist, dass es als Ganzes überroll- oder begehbar ist. Es besitzt eine Vielzahl von ungehäusten elektrolumineszenten Elementen, bspw. LEDs oder OLEDs und ist druckfest und flächig. Es ist direkt auf einer Oberfläche oder in einer flachen Einfräsung einer Strasse oder Piste einbringbar, seine Gesamtdicke ist nicht grösser als 1 cm, vorzugsweise 5 mm. Ein optisch wirksames Zusatzelement kann so ausgebildet sein, dass Licht in einem besonders günstigen, gewählten Winkel abgestrahlt wird; entsprechende Möglichkeiten werden weiter unten noch diskutiert.The invention also relates generally to an actively illuminating traffic route marking element, which is configured such that it can be rolled over or walked on as a whole. It has a large number of unhoused electroluminescent elements, for example LEDs or OLEDs, and is pressure-resistant and flat. It is directly on a surface or in a flat milled one Street or track can be introduced, its total thickness is not greater than 1 cm, preferably 5 mm. An optically effective additional element may be formed so that light is emitted in a particularly favorable, selected angle; appropriate options will be discussed below.
An dieser Stelle soll noch das Merkmal der Druckfestigkeit diskutiert werden und die von der flächigen, robusten Lichtquelle maximal aufzunehmende Druckbelastung quantifiziert werden. Druckfest, im Sinne der Erfindung, ist die Lichtquelle dann, wenn sie der Wechselbelastung, die beispielsweise von über sie hinwegrollenden Pneu von Lastwagen oder Flugzeugen erzeugt wird, oder den hohen lokalen Drücken die beispielsweise beim Betreten der Lichtquelle mit hochhakigen Damenschuhen entstehen, über den Zeitraum ihrer vorgesehenen Lebensdauer stand zu halten vermag.At this point, the feature of compressive strength is to be discussed and the maximum pressure to be absorbed by the flat, robust light source quantified. Pressure resistant, in the context of the invention, the light source when the alternating load, which is generated, for example, from rolling over them Pneu of trucks or aircraft, or the high local pressures that arise for example when entering the light source with hochhakigen women's shoes, over the period their intended life is able to withstand.
Der von Lastwagen und Flugzeugen erzeugte Druck ist vergleichsweise gering. So schreibt die Strassenverkehrsordnung auch für Spezialfahrzeuge der Baubranche oder der Landwirtschaft vor, dass diese Fahrzeuge keinesfalls einen Druck von mehr als 1.5 N/mm2 ausüben dürfen. Dies gilt beispielsweise auch für Kettenfahrzeuge. Im Normalfall liegen die Drücke aber wesentlich tiefer. Ein Sattelschlepper beispielsweise hat üblicherweise 12 Räder. Jedes Rad hat ca. 16 qdm (= Quadratdezimeter) Auflagefläche auf der Straße. Das ergibt ca. 192 qdm für den ganzen Schlepper. Bei einem Totalgewicht von 40 t ergibt dies einen durchschnittlichen Druck von 400O00 N / l'920'OOO mm2 = ca. 0.21 N/ mm2.The pressure generated by trucks and aircraft is comparatively low. Thus, the road traffic regulations also for special vehicles of the construction industry or agriculture stipulates that these vehicles may under no circumstances exercise a pressure of more than 1.5 N / mm 2 . This also applies, for example, to tracked vehicles. Normally, however, the pressures are much lower. For example, a semi-trailer usually has 12 wheels. Each wheel has about 16 qdm (= square decimeter) bearing surface on the road. This results in about 192 qdm for the whole tractor. At a total weight of 40 tons this results in an average pressure of 400O00 N / l 920,000 lO 2 = approx. 0.21 N / mm 2 .
Bei Flugzeugen sind die Belastungen etwa gleich gross. Beispielsweise hat jeder der 16 Hauptfahrwerksreifen einer vollbelasteten, d.h. startenden, Boing 747 ein Gewicht von bis zu 25 t = 250O00 N zu tragen. Die Auflagefläche eines solchen knapp 50 cm breiten Hauptfahrwerksreifens beträgt dabei ca. 180O00 mm2 (= ca. 3 DinA4 Blätter). Dies ergibt einen Druck von weniger als 1.5 N/ mm2.For aircraft, the load is about the same size. For example, each of the 16 main landing gear tires of a fully loaded, ie starting, Boeing 747 has to bear a weight of up to 25 t = 250O00 N. The contact surface of such a barely 50 cm wide main chassis tire is about 180O00 mm 2 (= about 3 DinA4 sheets). This results in a pressure of less than 1.5 N / mm 2 .
Die extremste Belastung, die von der erfindungsgemässen Lichtquelle und zusätzliche Massnahmen noch übernommen werden sollen, ist von Damen mit hochhakigen Schuhen zu erwarten. Unter der Annahme eines Gewichtes von 100 kg und einer Absatzfläche von ca. 10x10 mm wird in Momenten in denen das gesamte Gewicht auf einem Absatz ruht ein Druck von 10 N/ mm2 erzeugt, der auf einer lokalen Fläche von nur 1 cm Grosse wirkt. Das Basiselement sollte sich also bei einem einwirkenden Druck von bis 10 N/ mm2 nicht wesentlich plastisch oder elastisch verformen. Vorzugsweise ist die Druckfestigkeit noch etwas höher, bspw. mindestens das dreifache oder fünffache dieses Wertes.The most extreme stress which is to be taken over by the light source according to the invention and additional measures can be expected from ladies with high-heeled shoes. Assuming a weight of 100 kg and a sales area of about 10x10 mm, a pressure of 10 N / mm 2 is generated in moments in which the entire weight rests on a shoulder, which acts on a local area of only 1 cm in size. The base element should therefore not deform significantly plastically or elastically at an applied pressure of up to 10 N / mm 2 . The compressive strength is preferably somewhat higher, for example at least three times or five times this value.
Noch grössere bzw. andere Belastungen treten in der Regel nur selten in anwendungsabhängig voraussehbaren Spezialfällen auf. Einer dieser Spezialfälle kann beispielsweise das Überfahren der erfindungsgemässen Lichtquelle mit der Schaufel eines Schneepfluges sein. Die so entstehenden Druckkräfte sind zwar in der Regel auch nicht höher als die oben genannten, es sind aber zusätzlich hohe Scherbzw. Abschälkräfte zu erwarten. In solchen Fällen kann die erfindungsgemässe Lichtquelle durch weiter unten beschrieben Zusatzmassnahmen geschützt werden.Even larger or other loads usually rarely occur in application-dependent foreseeable special cases. One of these special cases, for example, be driving over the inventive light source with the blade of a snow plow. Although the resulting pressure forces are usually not higher than those mentioned above, but there are also high Scherbzw. Peel forces to be expected. In such cases, the light source according to the invention can be protected by additional measures described below.
Auch unter der Annahme dass die auftretenden Druckbelastungen die oben genannten Drücke um ein Vielfaches, also beispielsweise bis zum Fünffachen, überschreiten, ist der erfindungsgemässe Ansatz ohne Weiteres geeignet. In manchen Fällen ist es erwünscht, dass die lichterzeugenden Elemente ihr Licht in alle Richtungen aus der erfindungsgemässen Lichtquelle abgeben können. Der erfindungsgemässe Aufbau erlaubt das ohne Weiteres:Even assuming that the pressure loads occurring exceed the above-mentioned pressures by a multiple, that is, for example, up to five times, the approach according to the invention is readily suitable. In some cases it is desirable that the light-generating elements can emit their light in all directions from the light source according to the invention. The construction according to the invention allows this without further ado:
Natürlich kann zu diesem Zweck die erste genannte Aufbauvariante des dünnen Trägers so modifiziert werden, dass Glas oder ein transparenter Kunststoff wie beispielsweise PMMA als tragendes Element verwendet und zur Befestigung der lichterzeugenden Elemente (bspw. LED-Chips) ein transparenter Klebstoff eingesetzt wird.Of course, for this purpose, the first mentioned construction variant of the thin support can be modified so that glass or a transparent plastic such as PMMA used as a supporting element and a transparent adhesive is used to fasten the light-generating elements (eg LED chips).
Für den Fall einer gewünschten möglichst guten Wärmeabfuhr ist auch noch eine weitere Variante des dünnen Trägers möglich, die es den LED-Chip erlaubt, ihr Licht in alle Richtungen frei abzustrahlen. Hierzu ist nichts anderes notwendig, als den dünnen Träger dort mit Löchern zu versehen, wo sich später die LED-Chip befinden sollen. Die LED-Chip „schweben" dann im Endeffekt an den beiden Drahtbonds mit denen sie elektrisch kontaktiert werden. Um dies zu erreichen, wird zunächst eine Hilfsfolie auf der Unterseite des dünnen Trägers befestigt. Auf dieser Hilfsfolie werden die LED-Chip so befestigt, dass sie momentan Halt haben, später aber wieder leicht abgelöst werden können. Dies kann beispielsweise mit einem optisch transparenten Silikon-Gel geschehen, das auf der Hilfsfolie nur minimal haftet. Danach werden die LED -Chip mittels Drahtbonds elektrisch kontaktiert und befestigt. In einem nächsten Schritt erfolgt eine mechanische Stabilisierung indem im Bereich der LED-Chip und des nahe gelegenen Randes des dünnen Trägers eine möglichst dünne, den optischen Anforderungen genügende Kunststoffschicht, also beispielsweise ein geeignetes Silikon-Gel, aufgebracht wird. In einem letzten Schritt kann nun die Hilfsfolie entfernt werden. Nachdem nun die Anordnung der lichterzeugenden Elemente relativ zu dem druckfesten, plattenartigen Element beschrieben ist, kann auf die schon angedeutete optische Funktion der Durchgangslöcher und die daraus resultierende minimale Dicke dieses Elementes zurück gekommen werden.In the case of a desired best possible heat dissipation, a further variant of the thin carrier is also possible, which allows the LED chip to radiate its light freely in all directions. For this, nothing else is necessary, as to provide the thin carrier there with holes, where later the LED chip should be. The LED chips then "float" on the two wire bonds with which they are electrically contacted.To achieve this, an auxiliary film is first attached to the underside of the thin carrier.This auxiliary film is used to attach the LED chips This can be done, for example, with an optically transparent silicone gel, which only minimally adheres to the auxiliary foil, and then the LED chip is electrically contacted by wire bonds and fixed in a next step a mechanical stabilization takes place in the area of the LED chip and the nearby edge of the thin support, a thin as possible, the optical requirements sufficient plastic layer, so for example a suitable silicone gel, is applied.After a last step, the auxiliary film can now be removed , Now that the arrangement of the light-generating elements is described relative to the pressure-resistant, plate-like element, can be returned to the already indicated optical function of the through holes and the resulting minimum thickness of this element.
Da die lichterzeugenden Elemente, bspw. LED-Chip, in sehr dichter Anordnung, also beispielsweise mindestens 10 oder 16 bis 25 Chip pro cm2, vorhanden sein können, und da ausserdem der Anteil der Durchgangslöcher an der Gesamtfläche in der Regel 50% nicht überschreiten soll, sollte in bevorzugten Ausführungsformen der grösste Durchmesser der Durchgangslöcher einen Wert von 1 bis maximal 2.5 mm nicht überschreiten. Bezüglich dieser kleinen Dimension verhält sich auch ein LED-Chip mit einer Licht abstrahlenden Fläche von bspw. nur 0.2x0.2 mm nicht mehr als punktförmige Lichtquelle, sondern als flächiger Strahler. Jeder Punkt dieses flächigen Strahlers gibt - in der Regel - sein Licht nahezu gleichmässig innerhalb eines Raumwinkels von ±80° ab. Da die Lichtquelle für viele Anwendungen eng gebündeltes Licht, beispielsweise in einem Raumwinkel von nur ±10° abgeben können soll, ist es für viele Ausführungsformen sinnvoll die Durchgangslöcher so zu gestalten, dass sie eine Konzentration des Lichtes auf einen Raumwinkel von beispielsweise ±20° bewirken. Eine weitere Konzentration und/oder Veränderung der räumlichen Abstrahlung kann dann von einem später beschrieben Zusatzelement übernommen werden. Es ist aber auch möglich, die Durchgangslöcher so zu gestalten, dass sie zusätzlich zu einer Konzentration des Raumwinkels auf beispielsweise ±20°, eine Umlenkung des Lichtes um beispielsweise 20° vornehmen und so der Lichtaustritt im Wesentlichen in einem Winkelbereich stattfindet, dessen zentraler Strahl einen Winkel von ca. 70° zur lateralen Ausdehnung des druckfesten, plattenartigen Elements aufweist.Since the light-generating elements, for example, LED chip, in very dense arrangement, so for example at least 10 or 16 to 25 chip per cm 2 , may be present, and since also the proportion of through holes on the total area usually does not exceed 50% should, in preferred embodiments, the largest diameter of the through holes should not exceed a value of 1 to a maximum of 2.5 mm. With regard to this small dimension, an LED chip with a light-emitting surface of, for example, only 0.2 × 0.2 mm no longer behaves as a punctiform light source, but as a planar radiator. Each point of this two-dimensional radiator emits - as a rule - its light almost uniformly within a solid angle of ± 80 °. Since for many applications the light source should be able to emit tightly focused light, for example at a solid angle of only ± 10 °, for many embodiments it makes sense to make the through holes such that they bring about concentration of the light at a solid angle of, for example, ± 20 ° , A further concentration and / or change of the spatial radiation can then be taken over by an additional element described later. But it is also possible to make the through holes so that they make in addition to a concentration of the solid angle to, for example, ± 20 °, a deflection of the light by, for example, 20 ° and so the light emission takes place substantially in an angular range, the central beam one Angles of about 70 ° to the lateral extent of the pressure-resistant, plate-like element.
Da, wie gesagt, die lichterzeugenden Elemente als flächige Strahler zu betrachten sind, ist der Tangens des minimalen Austrittswinkels des Lichtes aus der dem lichterzeugenden Element abgewandten Seite der Durchgangslöcher zunächst einmal gegeben durch die Chip-Breite dividiert durch die Höhe des Durchgangsloches. Dieser minimale Abstrahlwinkel kann auch mit den aufwändigsten optischen Hilfsmitteln nicht verkleinert werden. Ist das Durchgangsloch ganz oder teilweise mit einem optisch transparente Material gefüllt, das einen Brechungsindex n > 1 besitzt, wird dieser minimale Austrittswinkel entsprechend den Gesetzten der Optik (es sei hier an das Brechungsgesetz von Snellius erinnert) noch vergrössert. Aus diesen physikalischen Gegebenheit ergibt sich, dass bei einer Fläche des lichterzeugenden Elementes von 0.2x0.2 mm und einem - als Beispiel — geforderten Austrittswinkel von ±20° die Höhe des Durchgangsloches und damit die Dicke des druckfesten, plattenartigen Elementes, je nach Ausführungsform 1 bis 2 mm betragen muss.Since, as stated, the light-generating elements are to be regarded as flat radiators, the tangent of the minimum exit angle of the light from the light-emitting element facing away from the through holes first given by the chip width divided by the height of the through hole. This minimum radiation angle can not be reduced even with the most expensive optical aids. If the through hole is completely or partially filled with an optically transparent material which has a refractive index n> 1, this minimum exit angle is increased in accordance with the laws of optics (it is hereby reminiscent of Snell's law of refraction). From this physical situation, it follows that, for an area of the light-generating element of 0.2 × 0.2 mm and an exit angle of ± 20 ° required as an example, the height of the through hole and thus the thickness of the pressure-resistant, plate-like element, depending on the embodiment to 2 mm.
Die obigen Überlegungen gelten für alle Punkte an der virtuellen. Oberfläche des Durchgangsloches. Alle dort direkt, d.h. ohne Umlenkung im Innern des Durchgangsloches, ankommenden Strahlen treten, auf einen beliebigen Punkt bezogen, in einem entsprechenden Raumwinkel um den zentralen, vom Mittelpunkt der lichterzeugenden Fläche herkommenden Strahl aus. Da dieser zentrale Strahl aber gegen den Rand der virtuellen Oberfläche des Durchgangsloches immer stärker geneigt ist, wird der gesamte Raumwinkel des aus der virtuellen Oberfläche des Durchgangsloches austretenden Lichtes um den doppelten Betrag des am stärksten geneigten zentralen Strahles vergrössert. Daraus ergibt sich, dass entweder die Höhe des Durchgangsloches entsprechend vergrössert werden muss oder dass das Durchgangsloch mit einem optisch transparenten Material mit Brechungsindex > 1 gefüllt sein muss und dass dieses optische Material in der Gegend der virtuellen Oberfläche des Durchgangsloches so geformt sein muss, dass die zentralen Strahlen - und mit ihnen alle andern Strahlen entsprechend - in die Senkrechte umgelenkt werden. Hierzu muss die Oberfläche des optischen Materials entweder als kontinuierliche, vorteilhafterweise aspährische Linse, oder als entsprechende Fresnel-Linse ausgebildet oder mit entsprechenden diffraktiven Strukturen versehen sein.The above considerations apply to all points at the virtual. Surface of the through hole. All rays arriving there directly, ie without deflection in the interior of the through-hole, come, at an arbitrary point, in a corresponding solid angle around the central ray originating from the center of the light-generating surface. However, since this central beam is increasingly inclined toward the edge of the virtual surface of the through-hole, the total solid angle of the light emerging from the virtual surface of the through-hole is increased by twice the amount of the most inclined central beam. As a result, either the height of the through-hole must be correspondingly increased or the through-hole must be filled with an optically transparent material with refractive index> 1, and this optical material must be shaped in the area of the virtual surface of the through-hole so that the central rays - and with them all other rays according to - be redirected into the vertical. For this purpose, the surface of the optical material must be either as a continuous, advantageously aspährische lens, or as appropriate Fresnel lens may be formed or provided with corresponding diffractive structures.
Die bisherigen Überlegungen gelten offensichtlich nur für Strahlen, welche direkt von der Fläche des lichterzeugenden Elementes zur virtuellen Oberfläche des Durchgangsloches führen. Alle flacher verlaufenden Strahlen treten in Interaktion mit den Wänden des Durchgangsloches, das damit zwangsweise als optisches Element wirkt.The previous considerations obviously only apply to rays which lead directly from the surface of the light-generating element to the virtual surface of the through-hole. All the flatter rays interact with the walls of the through-hole, thus forcibly acting as an optical element.
Im einfachsten Falle, in dem die Oberfläche des Durchgangsloches nicht spiegelnd ist, wirkt das Durchgangsloch offensichtlich als Blende, die alle Strahlen die nicht direkt zur virtuellen Oberfläche führen, ausblendet. Damit wäre natürlich die gewünschte Funktion, die Begrenzung des austretenden Lichtes auf eine definierten kleinen Raumwinkel erreicht, allerdings auf Kosten eines hohen Lichtverlustes, der um so gravierender wird, je kleiner der gewünschte Austrittswinkel ist. Dies ist häufig nicht akzeptabel.In the simplest case, where the surface of the through-hole is not specular, the through-hole obviously acts as an aperture, which blocks out all rays that do not lead directly to the virtual surface. Thus, of course, would be the desired function, the limitation of the exiting light reaches a defined small solid angle, but at the cost of high light loss, which is the more serious, the smaller the desired exit angle. This is often unacceptable.
Die Oberfläche des Durchgangsloches wird in der Regel deshalb möglichst gut spiegelnd ausgebildet. Damit diese spiegelnde Oberfläche die Strahlen welche flach aus dem lichterzeugenden Element austretenden in einem deutlich engeren Raumwinkel an die virtuelle Oberfläche des Durchgangsloches umlenkt, müssen sie in der Form eines Spiegels mit parabelähnlichem Querschnitt ausgebildet sein. Hat sie der Einfachheit halber beispielsweise die Form eines sich nach oben öffnenden Kegelstumpfes, müssen entsprechende Lichtverluste in Kauf genommen werden.The surface of the through hole is therefore usually formed as well as possible mirroring. In order for this specular surface to redirect the rays emerging flatly out of the light-generating element at a significantly narrower solid angle to the virtual surface of the through-hole, they must be in the form of a mirror with a parabolic cross-section. For simplicity, for example, if it has the shape of a truncated cone opening upwards, corresponding losses of light must be accepted.
Selbstverständlich ist es auch möglich das druckfeste, plattenartige Element ca. 2 bis 4 mm dick zu machen, so dass ohne weitere Zusatzelemente eine Konzentration des aus den Durchgangslöchern austretenden Lichtes auf beispielsweise ±10° gewährleistet ist. Auch in diesem Falle können die hierfür zur Konzentration des Lichtes notwendigen optischen Elemente so gestaltet werden, dass gleichzeitig eine Umlenkung des Lichtes um beispielsweise ca. 20° erfolgt.Of course, it is also possible to make the pressure-resistant, plate-like element about 2 to 4 mm thick, so that without further additional elements a concentration of is ensured from the through holes exiting light to, for example, ± 10 °. Also in this case, the necessary for the concentration of light optical elements can be designed so that at the same time a deflection of the light to, for example, about 20 °.
Weiter ist es offensichtlich auch möglich die Durchgangslöcher „mehrstufig" zu gestalten. Dies bedeutet beispielsweise, dass der räumliche Verlauf des Durchgangslochs in einem ersten Bereich, der beispielsweise vom Niveau der Chip- Oberfläche bis zu einem Niveau 1 mm oberhalb dieses Niveaus reicht, einer optischen Funktion 1 gehorcht, dass dann allenfalls auf diesem Niveau oder innerhalb einer kleinen Niveauveränderung einer raschen, optisch nicht notwendigerweise funktionellen Vergrösserung des Durchmessers folgt und danach oberhalb dieser Niveauzone in einem zweiten Bereich einer optischen Funktion 2 genügt.Furthermore, it is obviously also possible to make the through-holes "multistage." This means, for example, that the spatial profile of the through-hole in an initial region which, for example, ranges from the level of the chip surface to a level of 1 mm above this level, is an optical one Function 1 obeys that then at most at this level or within a small change in the level of a rapid, optically not necessarily functional enlargement of the diameter follows and then above this level zone in a second region of an optical function 2 is sufficient.
Natürlich können, wenn sinnvoll, auch mehr als zwei derartige Funktionsstufen vorhanden sein.Of course, if appropriate, more than two such function levels may be present.
Darüber hinaus ist es möglich, die Füllung der Durchgangslöcher mit optischen Material so zu gestalten, dass sich mehrere Schichten optischen Materials mit unterschiedlichen Brechungsindizes folgen. Bei den Übergängen von einem optischen Material zum andern findet dann immer Brechung des Lichtes statt. Die Übergänge können deshalb, beispielsweise als linsenartige und/oder umlenkende Zonen so gestaltet werden, dass in der Summe eine optimale Lichtverteilung entsteht.Moreover, it is possible to make the filling of the through holes with optical material so that several layers of optical material with different refractive indices follow each other. In the transitions from one optical material to the other then always refraction of the light takes place. The transitions can therefore, for example, be designed as lens-like and / or deflecting zones in such a way that the overall result is an optimum distribution of light.
Natürlich kann ein - wie oben skizzierter - mehrstufiger Verlauf der Durchgangslöcher mit einer entsprechenden Folge von Schichten optischen Materials mit unterschiedlichen Brechungsindizes so kombiniert werden, dass eine nochmalige Verbesserung der Lichtverteilung resultiert.Of course, as outlined above, the multi-stage nature of the via holes may be due to a corresponding sequence of layers of optical material be combined with different refractive indices so that a further improvement of the light distribution results.
Die genannten Füllungen der Durchgangslöcher mit optischem Material bleiben auch bei einer mechanischen Belastung der erfindungsgemässen Lichtquelle im Wesentlichen spannungsfrei. Diese Tatsache erweitert die Auswahl der zur Verfügung stehenden optischem Materialien wesentlich. So ist es insbesondere möglich, beispielsweise auch dauerviskose Materialien, wie gewisse Silikone, zu verwenden, welche zwar unter ihrem Eigengewicht eine bestimmte definierte Form dauerhaft beibehalten, aber unter geringer zusätzlicher mechanischer Belastung deformiert würden. Der Vorteil solcher Materialien kann vielfältig sein: erstens weisen sie gute optische Eigenschaften auf, zweitens sind sie bis zu sehr hohen Temperaturen (min. 250°C) dauerbeständig, drittens sind sie wasser- bzw. wasserdampfdicht und viertens erzeugen sie, dank ihrer Dauerviskosität, auch bei mechanischer und/oder thermischer Deformation der erfindungsgemässen Lichtquelle keine mechanischen Spannungen an den lichterzeugenden Elementen und deren elektrischen Kontaktierungen.The said fillings of the through holes with optical material remain substantially stress-free even with a mechanical load of the light source according to the invention. This fact substantially extends the choice of available optical materials. Thus, it is in particular possible to use, for example, also permanently viscous materials, such as certain silicones, which, while permanently retaining a certain defined shape under their own weight, would be deformed with little additional mechanical stress. The advantages of such materials can be manifold: firstly they have good optical properties, secondly they are resistant to very high temperatures (at least 250 ° C), thirdly they are water- or water vapor-proof and fourthly they produce, thanks to their viscosity, Even with mechanical and / or thermal deformation of the inventive light source no mechanical stresses on the light-generating elements and their electrical contacts.
Die Herstellung des beschriebenen druckfesten, plattenartigen und mit entsprechenden Durchgangslöchern versehenen Basiselementes kann bei Verwendung von Kunststoffen mittels des bekannten Spritzguss-Verfahrens oder mittels eines anderen bekannten oder neu entwickelten Verfahrens erfolgen und bedarf deshalb keiner näheren Beschreibung. Allerdings ist festzuhalten, dass auf diese Weise im Bereich der später eventuell spiegelnden Durchgangslöcher zwar eine genügend gute Oberflächenqualität, aber keine Spiegelfläche erzeugt werden kann. Dies hat in einem zusätzlichen Schritt, beispielsweise mittels galvanischen Aufwachsens einer dünnen metallischen Spiegelschicht zu erfolgen. Damit dies auf möglichst effiziente Weise geschehen kann ist es unter Umständen von Vorteil, wenn als Material ein „metallisch gefüllter" und schwach elektrisch leitender Kunststoff verwendet wird. Die Verwendung eines solchen Kunststoffes bringt den weiteren Vorteil, dass innerhalb dieses Materials eine wesentlich erhöhte Wärmeleitung erfolgt, was bewirkt, dass die von zahlreichen lichterzeugenden Elementen abgegebene Hitze rasch an die Oberfläche der erfindungsgemässen Lichtquelle abtransportiert werden.The preparation of the pressure-resistant, plate-like and provided with corresponding through holes base element can be done using plastics by the known injection molding method or by another known or newly developed method and therefore needs no further description. However, it should be noted that in this way in the area of the later possibly reflective through holes, although a sufficiently good surface quality, but no mirror surface can be generated. This has to be done in an additional step, for example by means of galvanic growth of a thin metallic mirror layer. For this to be done in the most efficient way, it may be advantageous if the material is a "metallically filled" and weakly electrically conductive plastic is used. The use of such a plastic has the further advantage that within this material a substantially increased heat conduction takes place, which causes the heat emitted by numerous light-generating elements to be rapidly transported away to the surface of the light source according to the invention.
Eine andere Möglichkeit ist, das druckfeste, plattenartige Element beispielsweise mittels des ebenso bekannten Aluminium-Druckguss-Verfahrens oder eines anderen Metallguss-Verfahrens herzustellen. Diese Variante hat den Vorteil noch höherer Druck- und vor allem Wechselfestigkeit, einer nochmals wesentlich erhöhten Wärmeabfuhr und einer an sich schon gut spiegelnden Oberfläche deren Wirkungsgrad in einer Vielzahl von Fällen bereits genügend ist. Wird ein höherer Wirkungsgrad der Spiegelflächen verlangt, so ist dieser beispielsweise wiederum mittels galvanisch aufgewachsenen - und glättenden - zusätzlichen Metallschichten zu erreichen.Another possibility is to produce the pressure-resistant, plate-like element, for example by means of the likewise known aluminum die casting process or another metal casting process. This variant has the advantage of even higher pressure and especially alternating strength, a significantly increased heat dissipation and a surface which is already well reflective and whose efficiency is already sufficient in a large number of cases. If a higher efficiency of the mirror surfaces is required, this can be achieved, for example, by means of galvanically grown - and smoothing - additional metal layers.
Die erwähnte - optionale - Füllung der Durchgangslöcher mit optisch transparentem Material dessen nach aussen zeigenden Oberflächen zusätzlich optisch wirkend, also beispielsweise linsenförmig, gestaltet sein können, kann auf unterschiedliche Arten erfolgen.The mentioned - optional - filling of the through holes with optically transparent material whose outwardly facing surfaces additionally optically acting, so for example lenticular, can be designed, can be done in different ways.
Eine erste Möglichkeit ist, zunächst das druckfeste, plattenartige und mit noch leeren Durchgangslöchern versehene Elemente mit dem die lichterzeugenden Elemente tragenden und elektrisch kontaktierten dünnen Träger in den Bereichen der tragenden Zonen beispielsweise mittels Verkleben oder Verlöten zu vereinigen. Danach können die Durchgangslöcher beispielsweise mittels Rakeln oder mittels mehrfach lokalen Giessens mit dem gewünschten optischen Material also beispielsweise mit einem geeigneten Silikon-Gel oder mit PMMA so hoch wie gewünscht gefüllt werden. In einem nächsten Schritt kann dann das noch leicht verformbare optische Material beispielsweise mittels Umformens bzw. Prägens an seiner Oberfläche in die gewünschte optisch wirksame Form gebracht werden. In einem anschliessenden Aushärtevorgang wird dann die so erzeugt Form mindestens so weit verfestigt, dass sie sich nicht unter ihrem Eigengewicht verändern kann. Selbstverständlich ist es auch möglich diese Art des Füllens der Durchgangslöcher in mehreren entsprechenden Schritten durchzuführen, bei dem beispielsweise bei jedem Schritt unterschiedliche optische Materialien mit beispielsweise unterschiedlichen Brechungsindizes und/oder mit unterschiedlicher Form der Oberfläche verwendet werden.A first possibility is first to combine the pressure-resistant, plate-like elements, which are provided with empty through-holes, with the thin support carrying the light-generating elements and electrically contacted in the regions of the supporting zones, for example by means of gluing or soldering. Thereafter, the through holes can be filled as high as desired, for example by means of doctoring or by means of multi-local casting with the desired optical material, for example with a suitable silicone gel or with PMMA. In In a next step, the still easily deformable optical material can be brought into the desired optically effective form, for example by means of reshaping or stamping on its surface. In a subsequent curing process, the shape thus produced is then solidified at least to the extent that it can not change under its own weight. Of course, it is also possible to perform this type of filling of the through-holes in a plurality of corresponding steps, in which, for example, at each step different optical materials with, for example, different refractive indices and / or with different shape of the surface are used.
Eine zweite Möglichkeit ist, die Durchgangslöcher des druckfesten, plattenartigen Elementes vor der Vereinigung desselben mit dem die lichterzeugenden Elemente tragenden dünnen Träger, mit dem gewünschten optischen Material zu füllen und die Oberflächen dieses Materials optisch wirksam zu formen. Dieses Vorgehen hat den Vorteil dass die beiden Elemente unabhängig von einander vollständig getestet werden können. Das Vorgehen zum Füllen kann im Wesentlichen dasselbe sein wie oben geschildert. Zusätzlich besteht aber die Möglichkeit den Füll und Formvorgang mittels Spritzguss durchzuführen, was bei grossen Stückzahlen deutlich kostengünstiger und schneller sein kann.A second possibility is to fill the through-holes of the pressure-resistant, plate-like element before combining it with the thin support carrying the light-generating elements with the desired optical material and to form optically effective the surfaces of this material. This procedure has the advantage that the two elements can be tested completely independently of each other. The procedure for filling can be essentially the same as described above. In addition, however, it is possible to perform the filling and molding process by injection molding, which can be significantly cheaper and faster in large quantities.
Das zweite Vorgehen hat aber den Nachteil, dass die Vereinigung der beiden mehrfach genannten Komponenten, nämlich erstens dem druckfesten, plattenartigen mit nun bereits gefüllten Durchgangslöchern versehenen Element mit zweitens dem die lichterzeugenden Elemente tragenden dünnen Träger nicht ganz trivial ist: die lichterzeugenden Elemente und die diese kontaktierenden Drahtbonds müssen in ihrer ganzen Dicke in die Durchgangslöcher hinein geführt werden können, was bedeutet, dass dieselben auf der entsprechenden Seite soweit nicht mit optischem Material gefüllt sein dürfen, dass dies ohne Gefährdung der LED-Chip und der empfindlichen Drahtbonds stattfinden kann. Werden nun die beiden Komponenten ohne weiter Massnahmen miteinander im Bereich der tragenden Zonen verbunden, so entsteht um die optisch wirksamen Elemente und deren Drahtbonds herum ein Luftraum. Dies ist aus zweierlei Gründen nicht erwünscht. Erstens können so die Drahtbonds bei der geringsten Bewegung der erfindungsgemässen Lichtquelle frei schwingen, was in der Regel eine deutliche Verkürzung der Lebensdauer der Bonds bedeutet und zweitens ist ein direktes Auskoppeln von Licht aus LED-Chip in die Luft wegen der hohen Brechungsindices der Chipmaterialen, bezüglich des optischen Wirkungsgrads extrem schlecht. Die Vereinigung der beiden Komponenten muss also so geschehen, dass dabei eine Auffüllung des genannten Luftraumes erfolgt. Obwohl dies zunächst schwierig aussieht, wurden unterschiedliche einfache Lösungen des Problems gefunden, von denen eine hier beschrieben wird. Die Durchgangslöcher der Komponente 1 werden in dem Bereich wo später die lichterzeugenden Elemente und deren Drahtbonds Platz finden sollen, so gestaltet, dass ein deutlich grösseres nicht a priori gefülltes Volumen vorhanden ist. Zum Zwecke der Vereinigung der beiden Komponenten werden zunächst die lichterzeugenden Elemente und deren Drahtbonds auf dem dünnen Träger mit einem Tropfen optisch wirksamen Material umgeben, das in seiner Viskosität so beschaffen ist, dass es mit geringem Druck noch frei verformt werden kann, aber bei Abwesendheit einer äusseren Belastung eine im Wesentlichen kugelartige Oberfläche annimmt. Die Menge dieses optischen Materials rund um jedes lichterzeugende Element wird so bemessen, dass es bei der nun erfolgenden Vereinigung mit der Komponente 1 den optisch wirksamen Teil der Durchgangslöcher nicht nur vollständig ausfüllt sondern eine geringe Menge überschüssigen Materials „seitlich" in das grössere nicht gefüllte Volumen der Durchgangslöcher abfliessen muss, ohne dass diese Zusatzvolumen vollständig aufgefüllt werden muss. Auf diese Weise wird eine vollständig Füllung des optischen Pfades sichergestellt. Die allenfalls im genannten Zusatzvolumen verbleibenden Lufträume stören die Funktion der erfindungsgemässen Lichtquelle nicht. In einigen Anwendungsfällen ist es sinnvoll, wenn auf der äusseren Seite, d.h. auf der Seite des Lichtaustritts aus dem druckfesten, plattenartigen und mit entsprechenden Durchgangslöchern versehenen Elementes, ein Zusatzelement vorhanden ist, das weitere optische Funktionen im Sinne der Erzeugung einer gewünschten Licht- und/oder Lichtfarbenverteilung vornimmt.However, the second approach has the disadvantage that the combination of the two components mentioned several times, namely first the pressure-resistant, plate-like with now already filled through holes provided element with secondly the light-emitting elements bearing thin carrier is not quite trivial: the light-generating elements and these contacting wire bonds must be able to be guided in their full thickness in the through holes, which means that they must not be filled with optical material on the appropriate side so far, without endangering the LED chip and the sensitive wire bonds can take place. If now the two components are connected to one another in the area of the supporting zones without any further measures, an airspace is created around the optically active elements and their wire bonds. This is not desirable for two reasons. Firstly, so can the wire bonds oscillate freely at the slightest movement of the inventive light source, which usually means a significant reduction in the life of the bond and secondly, a direct coupling of light from LED chip into the air because of the high refractive indices of the chip materials, with respect the optical efficiency extremely bad. The combination of the two components must therefore be done so that there is a replenishment of said airspace. Although initially difficult, various simple solutions to the problem have been found, one of which is described here. The through-holes of the component 1 are in the area where later the light-generating elements and their wire bonds should find space designed so that a much larger not a priori filled volume is present. For the purpose of combining the two components, the light-generating elements and their wire bonds are first surrounded on the thin carrier with a drop of optically active material, which is in its viscosity so that it can be freely deformed at low pressure, but in absence of a external load assumes a substantially spherical surface. The amount of optical material around each photogenerating element is sized so that, when combined with component 1 now, it not only completely fills the optically effective portion of the through-holes but also fills a small amount of excess material "laterally" into the larger unfilled volume In this way, a complete filling of the optical path is ensured, and the air spaces remaining in said additional volume do not interfere with the function of the light source according to the invention. In some applications, it is useful if on the outer side, ie on the side of the light exit from the pressure-resistant, plate-like and provided with corresponding through holes element, an additional element is present, the other optical functions in the sense of generating a desired light and / or light color distribution makes.
Dieses Zusatzelement muss in der Regel so aufgebaut sein, dass die Druckfestigkeit des Gesamtaufbaus erhalten bleibt. Zu diesem Zweck kann das Zusatzelement flächenmässig zumindest im Bereich eines genügend grossen Teils der tragenden Zonen des druckfesten, plattenartigen und mit entsprechenden Durchgangslöchern versehenen Basiselementes ebenfalls tragende Bereich aufweisen. Genügend gross ist dieser Teil, wenn die bei einer Belastung des Gesamtaufbaus resultierenden Drücke in keinem Bereich der beiden genannten Elemente grösser als die für das tragende Material zulässigen Belastungen werden. In den Zwischenräumen zwischen diesen tragenden Zonen können dann optische Elemente vorhanden sein, die den besprochenen Drücken direkt nicht standhalten würden. Alternativ können die tragenden Bereiche des Zusatzelementes in das Basiselement integriert bzw. durch dieses gebildet sein, das Zusatzelement also lediglich aus einer Mehrzahl von optisch wirksamen Elementen in Zwischenräumen bestehen.As a rule, this additional element must be constructed in such a way that the compressive strength of the overall structure is maintained. For this purpose, the additional element in terms of area at least in the region of a sufficiently large part of the load-bearing zones of the pressure-resistant, plate-like and provided with corresponding through holes base element also having bearing area. This part is sufficiently large if the pressures resulting from a load on the overall structure do not exceed the permissible loads for the load-bearing material in any region of the two elements mentioned. In the spaces between these bearing zones then optical elements may be present that would not directly withstand the pressures discussed. Alternatively, the supporting regions of the additional element can be integrated into or formed by the base element, ie the additional element consist of only a plurality of optically active elements in intermediate spaces.
Für Anwendungen bei denen die erfindungsgemässe Lichtquelle zwar mit immer wiederkehrenden Drücken in der Grössenordnung von 1.5 N/ mm2 aber nicht mit harten Schlägen belastet werden, also beispielsweise beim Einbau auf Rollbahnen von Flugfeldern, ist es möglich das Zusatzelement vollständig aus entsprechendem optisch transparentem Material aufzubauen. In einigen Anwendungsfällen der erfindungsgemässen flächigen und robusten Lichtquelle ist es sinnvoll, den dünnen Träger und die lichterzeugenden Elemente von beiden Seiten her zu schützen.For applications in which the light source according to the invention is loaded with recurrent pressures of the order of magnitude of 1.5 N / mm 2 but not with hard impacts, ie, for example, when installed on runways of airfields, it is possible to construct the additional element completely from corresponding optically transparent material , In some applications of the inventive surface and robust light source, it makes sense to protect the thin carrier and the light-generating elements from both sides.
Dies kann im Falle von einseitig und/oder aus den Seitenflächen abzustrahlendem Licht einfach dadurch erfolgen, dass auf der, dem genannten druckfesten, plattenartigen und mit entsprechenden Durchgangslöchern versehenen Basiselement abgewandten Seite des dünnen Trägers eine druckfeste dünne Platte, also beispielsweise eine 1 mm dicke Stahl- oder Aluminiumplatte aufgebracht wird.This can be done in the case of unilaterally and / or radiated from the side surfaces light simply by the fact that on the said pressure-resistant, plate-like and provided with corresponding through holes facing away base of the thin carrier a pressure-resistant thin plate, so for example a 1 mm thick steel - Is applied or aluminum plate.
Im Falle von beidseitig abzustrahlendem Licht, kann dies erfolgen, indem auf beiden Seiten des dünnen Trägers ein druckfestes, plattenartiges und mit entsprechenden Durchgangslöchern versehenes Element befestigt wird.In the case of light to be radiated on both sides, this can be done by fixing a pressure-resistant, plate-like element provided with corresponding through-holes on both sides of the thin support.
Zur Erzielung eines hohen optischen Wirkungsgrades ist es in gewissen Fällen sinnvoll, wenn die unteren Ränder der Durchgangslöcher des Basiselementes, d.h. die Ränder der optisch wirkenden Flächen des Basiselementes, in möglichst kleinem Abstand, also beispielsweise im Abstand 10 bis 100 μm, um die lichtabstrahlende Fläche der lichterzeugenden Elemente herum angeordnet sind.To achieve a high optical efficiency, it makes sense in certain cases if the lower edges of the through holes of the base element, i. the edges of the optically acting surfaces of the base element, in the smallest possible distance, so for example at a distance of 10 to 100 microns, are arranged around the light-emitting surface of the light-generating elements around.
Diese Forderung resultiert bei der Vereinigung des Basiselementes mit dem die lichtabstrahlenden Elemente haltenden Träger in hohen Anforderungen an die räumliche gegenseitige Ausrichtung der beiden Elemente. Dieser Anforderung kann bei Herstellung in kleinen sowie auch in sehr grossen Stückzahlen relativ einfach entsprochen werden, wenn die beiden zu vereinigenden Elemente mit Hilfsflächen versehen sind, welche sie, mit oder ohne zusätzliche Hilfselemente, zwangsweise in die richtige Relativlage bringen. Die genannten Hilfsflächen können beispielsweise einfach als zusätzliche, in Form und Lage präzise Durchgangslöcher ausgebildet sein. Wenn die zur Vereinigung der beiden Elemente benötigte Montagevorrichtung nun an den, den genannten Hilfsflächen entsprechenden Orten beispielsweise mit zylindrischen, in ihrem oberen Teil mit einer konisch zulaufenden Spitze versehenen, Hilfselementen ausgerüstet ist, werden sich die beiden zu vereinigenden Elemente beim Einlegen in die Montagevorrichtung in der Regel mit weitaus genügender Genauigkeit zu einander ausrichten.This requirement results in the union of the base member with the light-emitting elements holding the carrier in high demands on the spatial mutual alignment of the two elements. This requirement can be met relatively easily when manufactured in small as well as in very large numbers, if the two elements to be united are provided with auxiliary surfaces, which bring them, with or without additional auxiliary elements, forcibly in the correct relative position. The aforementioned auxiliary surfaces can be designed, for example, simply as additional through holes which are precise in shape and position. If the assembly device required for the union of the two elements is now equipped at the locations corresponding to said auxiliary surfaces, for example with cylindrical auxiliary elements provided with a conically tapering tip in its upper part, the two elements to be united are inserted into the mounting device in FIG usually align with far enough accuracy to each other.
Wenn die beschriebenen Hilfslöcher auch oder nur im Bereich der tragenden Zonen der erfindungsgemässen Lichtquelle vorhanden sind, bringen sie einen weiteren funktioneilen Vorteil. Sie können als Löcher zur harten Befestigung der erfindungsgemässen Lichtquelle auf die Unterlage verwendet werden. Wenn beispielsweise nagelartige Gebilde mit flachen Köpfen in genügender Anzahl mittels eines entsprechenden Schussapparates durch die Hilfslöcher so in die Unterlage geschossen werden, dass sich die Köpfe der nagelartigen Gebilde auf der oberen Seite der druckfesten Zonen der erfindungsgemässen Lichtquelle anpressen, resultiert eine auch hohen Schub- und Zugkräften widerstehende Verbindung zwischen Unterlage und erfindungsgemässer Lichtquelle.If the described auxiliary holes also or only in the region of the supporting zones of the inventive light source are present, they bring a further functional advantage. They can be used as holes for hard attachment of the inventive light source to the substrate. If, for example, nail-like structures with flat heads are shot in sufficient quantity by means of a corresponding shot apparatus through the auxiliary holes in the pad that press the heads of the nail-like structure on the upper side of the pressure-resistant zones of the inventive light source, resulting in a high thrust and Tensile forces resisting connection between the base and the light source according to the invention.
Wie weiter oben bei der Diskussion der entstehenden Drücke diskutiert, kann die erfindungsgemässe Lichtquelle in Fällen, wie beispielsweise beim Überfahren mit der Schaufel eines Schneepfluges, mit sehr hohen zusätzlichen Kräften, wie beispielsweise Scher- und/oder Abschälkräften, belastet werden. Da dies aber voraussehbar nur an spezifischen Einbauorten geschieht, kann hierfür und für ähnliche Fälle leicht für Abhilfe gesorgt werden. Zunächst kann festgehalten werden, dass beispielsweise eine Befestigung mittels durch die geschilderten Hilfslöcher geführten Nägeln in der Regel den genannten Kräften zu widerstehen vermag, wenn die Nägel in genügender Anzahl nahe des Randes, und allenfalls in reduzierter Dichte auch im Innern der Fläche, der erfindungsgemässen Lichtquelle vorhanden sind.As discussed above in the discussion of the resulting pressures, the light source according to the invention can be loaded with very high additional forces, such as shearing and / or peeling forces, in cases such as when driving over the blade of a snow plow. However, since this is predictably only at specific installation locations, this and similar cases can be easily remedied. First, it can be stated that, for example, an attachment by means of nails guided by the described auxiliary holes is able to withstand said forces, if the nails in a sufficient number near the edge, and possibly also in reduced density in the interior of the surface, the inventive light source available.
Wenn dies nicht genügt, können folgende zusätzliche Massnahmen ergriffen werden.If this is not enough, the following additional measures can be taken.
In Fällen in denen die Oberfläche der erfindungsgemässen Lichtquelle nicht über die Oberfläche auf der sie montiert ist, hinausragen muss, d.h. in Fällen in denen sie ihr Licht ausschliesslich aus ihrer oberen Fläche abgibt, kann die erfindungsgemässe Lichtquelle in eine flache, und damit preiswert herstellbare, Einfräsung in die tragende Oberfläche montiert werden, womit ein Einwirken der genannten Zusatzkräfte ausgeschlossen werden kann.In cases where the surface of the light source according to the invention does not protrude beyond the surface on which it is mounted, i. in cases where it emits its light exclusively from its upper surface, the light source according to the invention can be mounted in a flat, and thus inexpensive producible, cut in the supporting surface, whereby an action of said additional forces can be excluded.
In Fällen in denen die Oberfläche der erfindungsgemässen Lichtquelle über die Oberfläche auf der sie montiert ist, hinausragen muss, bspw. in Fällen in denen sie ihr Licht nicht nur aus ihrer oberen, sondern auch oder ausschliesslich aus ihren seitlichen Flächen abgibt, kann die erfindungsgemässe Lichtquelle beispielsweise durch sehr hohen Belastungen standhaltenden in der Regel zusätzliche Pufferelemente geschützt werden, welche in kleinem Abstand so in der Gegend der erfindungsgemässen Lichtquelle montiert werden, dass die genannten Scherkräfte erzeugenden Objekte über die erfindungsgemässe Lichtquelle hinweg geleitet werden. Im Falle des genannten Schneepfluges heisst dies beispielsweise, dass die Schaufel von den zusätzlichen Pufferelementen so lange angehoben wird, bis sie die erfindungsgemässe Lichtquelle nicht mehr seitlich sondern nur noch von oben berührt. Bisher ist die elektrische Kontaktierung der erfindungsgemässen flächigen, robusten Lichtquelle noch nicht diskutiert worden. Da die Kontaktierungsstelle(n) und die entsprechenden elektrischen Leiter aber nicht höher sein sollten als die Lichtquelle selbst, sondern vorzugsweise eher flacher sein sollten, stellt sich hier eine ernst zu nehmende Aufgabe, die aber relativ einfach gelöst werden kann.In cases in which the surface of the light source according to the invention has to protrude beyond the surface on which it is mounted, for example in cases in which it emits its light not only from its top but also or exclusively from its lateral surfaces, the light source according to the invention can For example, be protected by very high loads usually additional buffer elements are protected, which are mounted at a small distance so in the area of the inventive light source, that said shear forces generating objects are passed over the inventive light source away. In the case of said snow plow, for example, this means that the blade is lifted by the additional buffer elements until it no longer touches the light source according to the invention laterally but only from above. So far, the electrical contacting of the inventive surface, robust light source has not been discussed. However, since the contacting point (s) and the corresponding electrical conductors should not be higher than the light source itself, but should preferably be rather shallower, this poses a serious task, but it can be solved relatively easily.
Hierzu muss zunächst festgehalten werden, dass die erfindungsgemässe Lichtquelle dank der Verwendung der genannten lichterzeugenden Elemente, also beispielsweise von LED oder OLED, mit elektrischen Spannungen von weniger als 48 Volt betrieben wird. Für diesen Fall wird vom Gesetzgeber keine äussere Isolierung der elektrischen Leiter verlangt, was einen deutlich vereinfachten Aufbau ermöglicht.For this purpose, it must first be stated that the light source according to the invention is operated with electrical voltages of less than 48 volts, thanks to the use of said light-generating elements, that is to say, for example, of LEDs or OLEDs. In this case, the legislature requires no external insulation of the electrical conductors, which allows a much simpler structure.
Weiter soll festgehalten werden, dass der die lichterzeugenden Elemente tragende und elektrisch kontaktierende Träger in der Regel so aufgebaut ist, dass er erstens sehr dünn, d.h. bspw. dünner als 1 mm, häufig sogar dünner als 0,5 mm ist und dass er zweitens auf seiner Ober- und Unterseite jeweils grosse, über seine gesamte Breite bzw. Länge reichende metallische Flächen aufweist, welche zur elektrischen Kontaktierung nach aussen geeignet sind. „Über die ganze Breite bzw. Länge reichend" heisst im Übrigen nicht, dass die metallischen Flächen vollständig bedeckend sein müssen.It is further to be noted that the carrier carrying and electrically contacting the photogenerating elements is typically constructed so as to be very thin, i. For example, thinner than 1 mm, often even thinner than 0.5 mm and that secondly on its top and bottom each have large, over its entire width or length reaching metallic surfaces, which are suitable for electrical contact to the outside. By the way, "across the entire width or length" does not mean that the metallic surfaces must be completely covering.
Dank der erwähnten beiden Tatsachen, ist es möglich die Zuführung elektrischer Energie mittels eines hier so genannten Flachleiters zu bewerkstelligen. Dieser Flachleiter ist beispielsweise mindestens dreilagig so aufgebaut, dass er aus zwei metallischen Folien besteht, welche mittels einer entsprechenden Schicht elektrisch voneinander getrennt aber mechanisch miteinander verbunden sind. Natürlich ist es sinnvoll, die erwähnten metallischen Folien zusätzlich mit einer möglichst abriebfesten und elektrisch isolierenden Schicht zu schützen, welche das Metall gegen korrosive Einflüsse schützt. Wenn die metallischen Folien aus Aluminium bestehen, drängt sich - allenfalls allseitig, mindestens aber auf der äusseren Seite - als Schutz eine dünne Eloxal-Schicht, d.h. eine Aluminiumoxyd-Schicht, auf. Selbstverständlich sind aber auch andere und/oder zusätzliche Schutzschichten möglich, wie beispielsweise ca. 100 μm dicke Folien aus PE oder PET möglich, die beispielsweise aussen auf die metallischen Folien auflaminiert sind.Thanks to the two facts mentioned, it is possible to accomplish the supply of electrical energy by means of a so-called flat conductor. This flat conductor is, for example, at least three-layered in such a way that it consists of two metallic foils which are electrically separated from one another by means of a corresponding layer but mechanically connected to one another. Of course, it makes sense to additionally protect the mentioned metallic foils with a preferably abrasion-resistant and electrically insulating layer, which is the metal protects against corrosive influences. If the metallic foils are made of aluminum, a thin anodizing layer, ie an aluminum oxide layer, is used as protection on all sides, but at least on the outer side. Of course, however, other and / or additional protective layers are possible, such as about 100 micron thick films made of PE or PET possible, for example, are laminated on the outside of the metallic films.
Die beispielsweise aus Kupfer oder - kostengünstiger - aus Aluminium bestehenden metallischen Folien müssen in ihrer Dicke und Breite so gewählt werden, dass sie die erforderliche elektrische Leistung transportieren können. Da die erfindungsgemässe flächige, robuste Lichtquelle mit steigender Anzahl lichterzeugender Elemente, d.h. mit steigendem Bedarf an elektrischer Leistung mindestens in einer lateralen Dimension immer grösser wird, und da der erwähnte Flachleiter genauso breit sein darf wie die grössere laterale Dimension der erfindungsgemässen Lichtquelle, stellt es kein Problem dar, den Flachleiter mit einer maximalen Dicke von ca. 1 mm aufzubauen.The example of copper or - cost-effective - made of aluminum metallic foils must be selected in their thickness and width so that they can transport the required electrical power. Since the inventive surface, robust light source with increasing number of light-generating elements, i. With increasing demand for electrical power at least in a lateral dimension is getting bigger, and since the mentioned flat conductor may be as wide as the larger lateral dimension of the inventive light source, it poses no problem, the flat conductor with a maximum thickness of about 1 mm build.
Die Verbindung zwischen einem derartigen oder ähnlichen Flachleiter und der erfindungsgemässen Lichtquelle kann wie folgt stattfinden:The connection between such a or similar flat conductor and the light source according to the invention can take place as follows:
Der die lichterzeugenden Elemente haltende Träger ragt mindestens an einem Rande der erfindungsgemässen Lichtquelle so weit über das druckfeste Basiselement hinaus, das die beiden von aussen zu kontaktierenden metallischen Flächen weit genug frei liegen um - anwendungs abhängig - einen elektrischen Übergang mit genügend kleinem Übergangswiderstand und mit genügend grösser Zuverlässigkeit und Lebensdauer zu ermöglichen. Der Flachleiter wird an seinem Ende so behandelt, dass die elektrisch isolierende und mechanisch verbindende Schicht ein Stück weit nicht mehr vorhanden ist und dass die metallischen Folien auf ihren innen liegenden Flächen blank sind. Die so vorbereitete Zone muss so tief sein, dass die beiden metallischen Leiterschichten oben und unten über die zu kontaktierenden Schichten der erfindungsgemässen Lichtquelle geschoben werden und dort beispielsweise mittels Löten oder Kleben mit einem elektrisch leitenden Klebstoff fixiert werden können.The carrier holding the light-generating elements protrudes at least at one edge of the light source according to the invention so far beyond the pressure-resistant base element that the two metallic surfaces to be contacted from outside are sufficiently free to - depending on the application - an electrical transition with sufficiently small contact resistance and with sufficient to enable greater reliability and service life. The flat conductor is treated at its end in such a way that the electrically insulating and mechanically connecting layer is no longer present to some extent and that the metallic foils are bare on their inner surfaces. The zone prepared in this way must be so deep that the two metallic conductor layers are pushed above and below over the layers to be contacted of the light source according to the invention and can be fixed there by means of soldering or gluing with an electrically conductive adhesive.
In der Regel kann davon ausgegangen werden, dass eine derartig hergestellte elektrische Verbindung auch dann eine genügend grosse Zuverlässigkeit und Lebensdauer aufweist, wenn sie beispielsweise ohne weitere Massnahmen auf einem Verkehrsweg montiert und über grössere Zeiträume beispielsweise mit Salzwasser und Abgasdämpfen usw. belastet ist. Dies deshalb, weil die geschildert Verlötung oder Verklebung grossflächig stattfindet und sich durch die - gegen aussen ja geschützten - metallischen Folien grossflächig selbst schützt, so dass ein Angriff der angesprochenen aggressiven Medien nur vom sehr schmalen Rand her stattfinden kann. Selbstverständlich kann ein zusätzlicher Schutz beispielsweise dieser Ränder auf einfache Weise durch ein Aufsprühen oder Aufgiessen eines der speziell zu diesen Zwecken im Handel erhältlichen Kunststoffes erreicht werden.In general, it can be assumed that an electrical connection produced in this way also has a sufficiently high reliability and service life if, for example, it is mounted on a traffic route without further measures and is burdened, for example, with salt water and exhaust fumes, etc. over long periods of time. This is because the described soldering or bonding takes place over a large area and protects itself by the - protected against outside - metallic films over a large area itself, so that an attack of the mentioned aggressive media can only take place from the very narrow edge. Of course, an additional protection, for example, these edges can be achieved in a simple manner by spraying or pouring one of the specially available for these purposes commercially available plastic.
In Extremfällen, bei denen es auf höchste Sicherheit der elektrischen Verbindung ankommt, kann die Verbindung zwischen erfindungsgemässer Lichtquelle und Flachleiter mit einer wasserdampf- und gasdichten Umhüllung versehen sein. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem die erfindungsgemässe Lichtquelle mit dem angelöteten Flachleiter mittels des bekannten Plasmapolimerisierungs- Verfahrens mit einer dünnen - d.h. maximal einige μm dicken - beispielsweise PTFE-artigen, Wasser abstossenden und extrem gut haftenden Schicht umhüllt wird. Unter Umständen, d.h. beispielsweise bei geringer mechanischer Belastung der Verbindungsstelle, kann auf eine Verlötung oder Verklebung verzichtet werden, wenn die von der elektrisch isolierenden und mechanisch verbindenden Schicht befreite Zone nicht tief ist und wenn die verbleibende elektrisch isolierenden und mechanisch verbindenden Schicht die freien Enden der beiden metallischen Folien durch elastische Kräfte zusammenzuhalten sucht und allenfalls wenn die einander zugewandten Seiten der beiden metallischen Folien zusätzlich eine „spitzige Rauheit" aufweisen.In extreme cases, where it depends on the highest security of the electrical connection, the connection between the inventive light source and flat conductor may be provided with a water vapor and gas-tight enclosure. This can be achieved, for example, by enveloping the light source according to the invention with the soldered flat conductor by means of the known plasma polymerization process with a thin - ie a maximum of a few μm thick - PTFE-like, water-repellent and extremely well-adhering layer, for example. Under certain circumstances, ie, for example, with low mechanical stress of the joint, can be dispensed with a soldering or bonding when the freed from the electrically insulating and mechanically connecting layer zone is not deep and when the remaining electrically insulating and mechanically connecting layer, the free ends of the seeks to hold together two metallic films by elastic forces and, if necessary, if the facing sides of the two metallic films additionally have a "pointed roughness".
Selbstverständlich sind auch aufwendigere Klemmmechanismen denkbar, die dann auch hohen mechanischen Belastungen der Verbindungsstelle stand zu halten vermögen.Of course, more expensive clamping mechanisms are conceivable, which then also able to withstand high mechanical loads on the joint.
Die so entstehende Verbindungsstelle zwischen Flachleiter und erfindungsgemässer Lichtquelle wird höchstens so dick wie die erfindungsgemässe Lichtquelle selbst.The resulting connection point between the flat conductor and the light source according to the invention becomes at most as thick as the light source according to the invention itself.
Der Flachleiter, der dank des geschilderten Aufbaus mindestens die Druckfestigkeit der erfindungsgemässen Lichtquelle aufweist, kann über grosse Strecken beispielsweise auch über Verkehrswege hinweg geführt werden, ohne dass er ein Hindernis für Räder oder Füsse darstellt. Selbstverständlich sind aber auch andere, konventionelle Stromzuführungen denkbar.The flat conductor, which has at least the compressive strength of the inventive light source thanks to the described construction, can be performed over long distances, for example, also over traffic routes, without being an obstacle for wheels or feet. Of course, however, other conventional power supplies are conceivable.
Im Folgenden wird die erfindungsgemässe flächige, in sich druckfeste und gegen Schlageinwirkung robuste Lichtquelle anhand beispielhafter Ausführungsformen erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Schrägansicht des druckfesten Basiselements und des die lichterzeugenden Elemente beinhaltenden Trägers.In the following, the planar, intrinsically pressure-resistant and impact-resistant light source according to the invention will be explained with reference to exemplary embodiments. Fig. 1 shows a schematic oblique view of the pressure-resistant base member and the light-generating elements containing carrier.
Fig. 2 zeigt schematische Schnitte durch zwei Varianten des druckfesten Basiselements und des die lichterzeugenden Elemente beinhaltenden Trägers.FIG. 2 shows schematic sections through two variants of the pressure-resistant base element and of the carrier which contains the light-generating elements.
Fig. 3a bis 3h zeigt schematisch unterschiedliche Ausführungsformen von Durchgangslöchern durch das druckfeste Basiselement.3a to 3h schematically show different embodiments of through holes through the pressure-resistant base member.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante des die lichterzeugenden Elemente beinhaltenden Trägers.Fig. 4 shows schematically a variant of the embodiment of the light-generating elements containing carrier.
Fig. 5 zeigt eine schematische Schrägansicht des druckfesten Basiselements, des die lichterzeugenden Elemente beinhaltenden Trägers und eines Zusatzelementes mit optischen Elementen zur Umformung der Lichtverteilung.5 shows a schematic oblique view of the pressure-resistant base element, of the support which contains the light-generating elements, and of an additional element with optical elements for shaping the light distribution.
Fig. 6 zeigt schematisch unterschiedliche Ausführungsformen von optischen Elementen eines Zusatzelements mit optischen Elementen zur Umformung der Lichtverteilung.6 shows schematically different embodiments of optical elements of an additional element with optical elements for reshaping the light distribution.
Fig. 7 zeigt schematische Schnitte durch eine Variante des druckfesten Basiselementes und des dünnen Trägers, die eine Befestigung zwischen diesen beiden Elementen mittels Formschluss erlaubt. Fig. 8 zeigt schematisch eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Lichtquelle.Fig. 7 shows schematic sections through a variant of the pressure-resistant base element and the thin carrier, which allows attachment between these two elements by means of positive locking. Fig. 8 shows schematically a view of a further embodiment of the inventive light source.
Figur 1 zeigt die Prinzipskizze eines Ausschnittes aus einem druckfesten flächigen Basiselement 1, mit Durchgangslöchern 2 und Führungslöchern 3a.Figure 1 shows the schematic diagram of a section of a pressure-resistant flat base element 1, with through holes 2 and guide holes 3a.
Zusätzlich ist die Prinzipskizze eines Ausschnittes aus einem Trägerelement 5 mit lichterzeugenden Elementen 6 und Führungslöchern 3b dargestellt.In addition, the schematic diagram of a section of a carrier element 5 with light-generating elements 6 and guide holes 3b is shown.
Das druckfeste Basiselement 1 ist beispielsweise ein Spritzgussteil aus Epoxidharz. Zur Erhöhung der Druckfestigkeit kann das Harz mit Metallpulver gefüllt sein, wobei der Anteil an Metallpulver beispielsweise ca. 50 % beträgt. Ein zusätzlicher Vorteil, der mittels einer solchen Metallbeimischung erreicht wird, ist eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit des Harzes. Zur Erhöhung der Festigkeit gegen Wechselbelastung kann das Harz - allenfalls zusätzlich zu einem Metallpulveranteil - mit Fasern wie Kohlefasern oder Glasfasern gefüllt sein. Vorteilhafterweise entsprechen die Ausrichtungen der einzelnen Fasern dieser Faserverstärkung im vorliegenden Falle einer Zufallsverteilung, was durch einen einfachen Mischvorgang erreichbar ist.The pressure-resistant base element 1 is for example an injection molded part made of epoxy resin. To increase the compressive strength of the resin may be filled with metal powder, wherein the proportion of metal powder, for example, about 50%. An additional advantage achieved by such a metal admixture is improved thermal conductivity of the resin. To increase the strength against alternating stress, the resin may be filled with fibers such as carbon fibers or glass fibers, if need be in addition to a proportion of metal powder. Advantageously, the orientations of the individual fibers of this fiber reinforcement in the present case of a random distribution, which can be achieved by a simple mixing process.
Das druckfeste Basiselement 1 kann aber auch mittels Druckguss hergestellt werden, wobei hier eine Metalllegierung beispielsweise auf der Basis von Aluminium, Zink, Magnesium oder Kupfer zu Einsatz kommt.However, the pressure-resistant base element 1 can also be produced by means of die-casting, in which case a metal alloy is used, for example, based on aluminum, zinc, magnesium or copper.
Die Dicke des im Beispiel der Figur 1 skizzierten Basiselements 1 beträgt beispielsweise 1 bis 5 mm. Der kleinste Durchmesser der hier konisch skizzierten Durchgangslöcher 2 beträgt beispielsweise 0.3 bis 1 mm, der grösste Durchmesser beispielsweise 0.5 bis 2 mm.The thickness of the sketched in the example of Figure 1 base element 1 is for example 1 to 5 mm. The smallest diameter of the here conically sketched Through holes 2 is for example 0.3 to 1 mm, the largest diameter, for example, 0.5 to 2 mm.
Die Durchgangslöcher sind im Beispiel der Figur 1 in quadratischen Achtergruppen angeordnet, die jeweils durch eine Zone ohne Durchgangslöcher von einander getrennt sind. Die Abmessung einer solchen Achtergruppe beträgt beispielsweise 3x3 bis 10x10 mm. Die Breite der Zonen ohne Durchgangslöcher beträgt beispielsweise 1 bis 5 mm.The through-holes are arranged in the example of Figure 1 in square groups of eight, which are each separated by a zone without through holes from each other. The dimension of such a group of eight is for example 3x3 to 10x10 mm. The width of the zones without through holes is for example 1 to 5 mm.
Im skizzierten Beispiel der Figur 1 sind im jeweiligen Zentrum sowie peripher zu den Eckpunkten der Achtergruppen von Durchgangslöchem 2 Führungslöcher 3a angeordnet, welchen bei der Montage von Basiselement 1 mit dem Trägerelement 5 - wie weiter unten besprochen - eine wichtige Rolle zukommt.In the sketched example of Figure 1 2 guide holes 3a are arranged in the respective center and peripherally to the vertices of the eight groups, which in the assembly of base member 1 with the support member 5 - as discussed below - plays an important role.
Zusätzlich kann das Basiselement 1 kanalartige Vertiefungen 4 aufweisen. Diese kanalartigen Vertiefungen verlaufen entlang der Mittelachsen der Zonen ohne Durchgangslöcher. Ihre Funktion ist mehrfach: Erstens kann ihnen - wie weiter unten besprochen - bei der Montage von Basiselement 1 mit dem Trägerelement 5 eine wichtige Rolle zukommen. Zweitens stellen sie Sollbiege-, und/oder Sollbruch- Stellen dar, die es ermöglichen die erfindungsgemässe flächige und robuste Lichtquelle nach der Fertigstellung in einer Richtung zu biegen. Drittens erleichtern sie ein eventuelles Zertrennen der erfindungsgemässen flächigen und robusten Lichtquelle nach der Fertigstellung in Teilstücke.In addition, the base element 1 may have channel-like depressions 4. These channel-like depressions run along the central axes of the zones without through-holes. Their function is multiple: First, they can - as discussed below - in the assembly of base element 1 with the support member 5 play an important role. Second, they represent predetermined bending and / or breaking points, which make it possible to bend the planar and robust light source according to the invention after completion in one direction. Thirdly, they facilitate a possible severing of the planar and robust light source according to the invention after completion in sections.
Die kanalartigen Vertiefungen und wenn vorhanden auch die Führungslöcher (sie befinden sich an Orten, wo Spannungen beim Verbiegen am grössten wären, wenn sie nicht vorhanden wären) ermögliche nebst der Zertrennbarkeit also auch eine dreidimensionale Verformbarkeit: Durch Abtrennen von gewünschten Stücken und anschliessendem gezieltem Biegen kann eine Vielfalt von 3-dimensionalen Gebilden erzeugt werden, bspw. eine Lichtquelle, die in eine Ecke gepasst werden kann. Eine andere wichtige Anwendung von 3D-verformten Lichtquellen sind beispielsweise der Karosserieform angepasste Autolichter.The channel-like depressions and, if present, the guide holes (they are in places where tensions would be greatest if they were bent, if they were not present) so in addition to the separability also allow a Three-Dimensional Deformability: By separating desired pieces and then selectively bending, a variety of 3-dimensional entities can be created, for example, a light source that can be fitted into a corner. Another important application of 3D-deformed light sources are car lights adapted to the body shape, for example.
Die lichterzeugenden Elemente 6 sind in der skizzierten Darstellung so auf dem Trägerelement 5 angeordnet, dass jeweils die Mittelsenkrechte auf die Licht emittierende Fläche des lichterzeugendes Elements mit der Mittelachse eines Durchgangslochs 2 des Basiselements 1 zusammen fällt. Im Beispiel sind die lichterzeugenden Elemente 6 als LED-Chip mit beispielsweise den Abmessungen 0.2x0.2x0.2 bis 0.5x0.5x0.5 mm skizziert.The light-generating elements 6 are arranged in the sketched representation on the carrier element 5 such that in each case the mid-perpendicular to the light-emitting surface of the light-generating element coincides with the central axis of a through-hole 2 of the base element 1. In the example, the light-generating elements 6 are sketched as an LED chip with, for example, the dimensions 0.2x0.2x0.2 to 0.5x0.5x0.5 mm.
Das Trägerelement 5 besitzt beispielsweise einen dreilagigen Aufbau: Eine erste durchgehenden Lage 5a besteht beispielsweise aus einer 0.1 mm dicken Kupferlegierung. Eine zweite Lage 5b ist beispielsweise eine 0.025 mm dicke Isolationsschicht aus einem geeigneten Polymer, das die erste und die dritte Lage 5a und 5c elektrische trennt und mechanisch verbindet. Alternativ kann die zweite Lage 5b auch aus einem wesentlich dünneren elektrisch isolierenden Material aufgebaut sein. So ist es möglich ähnliche Werte zur Isolation und zur mechanischen Verbindung mittels einer Glas-Sol-Gel, einer Ormosil oder einer Ormocer Schicht zu erreichen, auch wenn diese Schicht nur 0.5 bis 1 μm dick ist. Eine andere Alternative ist es die zweite Schicht 5b mittels einer ebenfalls nur 0.1 bis 01 μm dicken Silicium- Oxyd oder einer Silicium-Oxy-Nitrid Schicht zu realisieren.The carrier element 5 has, for example, a three-layer structure: a first continuous layer 5a consists for example of a 0.1 mm thick copper alloy. A second layer 5b is, for example, a 0.025 mm thick insulation layer made of a suitable polymer, which separates the first and the third layer 5a and 5c electrical and mechanically connects. Alternatively, the second layer 5b may be constructed of a much thinner electrically insulating material. Thus, it is possible to achieve similar values for isolation and mechanical bonding by means of a glass sol gel, an Ormosil or an Ormocer layer, even if this layer is only 0.5 to 1 μm thick. Another alternative is to realize the second layer 5b by means of a likewise only 0.1 to 01 μm thick silicon oxide or a silicon-oxy-nitride layer.
Die dritte Lage 5c, die wiederum elektrisch leitend ist, besteht beispielsweise aus einer 0.05 mm dicken Kupferlegierung. Die zweite und die dritte Lage 5b und 5c, besitzen Öffnungen 7 durch welche die LED-Chip 6 mit ihrer, eine ersten elektrischen Kontakt beinhaltenden Rückseite mittels Leitklebstoff oder mittels Lot auf der Lage 5a befestigt und kontaktiert werden können. Der zweite elektrische Kontakt der LED-Chip 6 wird mittels eines Drahtbondes 8 mit der dritten Lage 5c verbunden. Auf die geschilderte Weise erfolgt eine elektrische Parallelschaltung aller lichterzeugenden Elemente. Selbstverständlich sind auch andere Strukturierungen der Lagen 5b und 5c möglich, die es erlauben beispielsweise Gruppen von jeweils 8 lichterzeugenden Elementen elektrisch seriell und diese seriellen Gruppen elektrisch parallel zu schalten.The third layer 5c, which in turn is electrically conductive, consists for example of a 0.05 mm thick copper alloy. The second and the third layer 5b and 5c, have openings 7 through which the LED chip 6 can be fixed and contacted with its, a first electrical contact-containing rear side by means of conductive adhesive or by means of solder on the layer 5a. The second electrical contact of the LED chip 6 is connected by means of a wire bond 8 with the third layer 5c. In the manner described an electrical parallel connection of all light-generating elements. Of course, other structurings of the layers 5b and 5c are also possible, which allow, for example, groups of 8 light-generating elements to be electrically connected in series and these series groups to be electrically parallel.
Obwohl für die Herstellung der beiden in Figur 1 skizzierten Elemente, nämlich die des Basiselements 1 und das Trägerelements 5 mit lichterzeugenden Elementen 6, bezüglich der einzuhaltenden Dimensionen und Genauigkeiten jeweils an die Grenze des technisch Machbaren gegangen wird, tritt hier keine wesentliche Schwierigkeit auf.Although for the production of the two outlined in Figure 1 elements, namely that of the base member 1 and the support member 5 with light-generating elements 6, with respect to the dimensions and accuracies to be complied with in each case to the limit of the technically feasible, occurs here no significant difficulty.
Anders ist dies hinsichtlich der lagemässigen Ausrichtung der beiden Elemente zueinander. Hier ist zu gewährleisten, dass die optische Achse jedes einzelnen der lichterzeugenden Elemente möglichst exakt mit der Mittelachse der - nota bene optisch wirksamen - Durchgangslöcher zusammenfällt. Dieses Ausrichtungsproblem ist nicht trivial und wird umso schwieriger je grossflächiger die beiden Element 1 und 5 hergestellt und vereinigt werden sollen.This is different with respect to the positional alignment of the two elements to each other. Here, it must be ensured that the optical axis of each individual one of the light-generating elements coincides as exactly as possible with the central axis of the - nota visually effective - through-holes. This alignment problem is not trivial and will be the more difficult the larger the two elements 1 and 5 are to be made and united.
Figur 2a zeigt die Prinzipskizze eines Querschnitts durch ein Basiselement 21 und einen Träger 25, welche den in Figur 1 gezeigten entsprechen. Dank der Herstellungsweise - einer fortschrittlichen Leiterplattentechnik - des die lichterzeugenden Elemente 26 aufweisenden Trägers 25 ist es kein grösser Aufwand innerhalb desselben auch über relativ grosse Flächen von beispielsweise 50x100cm hinweg eine relative Lagegenauigkeit der lichterzeugenden Element von beispielsweise ± 5 μm einzuhalten.FIG. 2a shows the schematic diagram of a cross section through a base element 21 and a carrier 25, which correspond to those shown in FIG. Thanks to the manufacturing method - an advanced printed circuit board technology - of the light generating elements 26 having carrier 25, it is no great effort within the same over relatively large areas, for example, 50x100cm to maintain a relative positional accuracy of the light-generating element of, for example ± 5 microns.
Anders sieht dies bei dem flächigen, druckfesten Basiselement 21 aus. Hier ist die Einhaltung solcher Genauigkeiten über grosse Flächen hinweg - zumindest im Falle von Metall-Druckguss - nahezu unmöglich. Bei Druckgussteilen kann in der Regel bestenfalls eine relative Genauigkeit von zwei geometrischen Elementen welche mehrere 10 cm voneinander entfernt liegen von ca. ±50 μm eingehalten werden. Dies bedeutet, dass für das in Bild 2a skizzierte Beispiel die engsten Durchmesser der Durchgangslöcher 22, die ja bei den lichterzeugenden Elementen 26 zu liegen kommen, mindestens 120 bis 150 μm grösser sein müssen als die diagonale Abmessung der lichterzeugenden Elemente und dass mit einer Fehllage zwischen der optischen Achse eines lichterzeugenden Elements 26 und der Mittelachse des entsprechenden Durchgangslochs 22 von bis zu 60 μm gerechnet werden muss. Dies ist aber in hohem Masse unerwünscht.The situation is different with the flat, pressure-resistant base element 21. Here, the compliance of such accuracies over large areas - at least in the case of metal die casting - almost impossible. In the case of die-cast parts, at best a relative accuracy of two geometric elements, which are several tens of centimeters apart, of approximately ± 50 μm can be maintained at best. This means that, for the example sketched in Figure 2a, the narrowest diameters of the through holes 22, which are to be found in the light-generating elements 26, must be at least 120 to 150 μm larger than the diagonal dimension of the light-generating elements and that with a misposition between the optical axis of a light-generating element 26 and the center axis of the corresponding through-hole 22 of up to 60 microns must be expected. This is highly undesirable.
In Figur 2b ist eine einfach und preiswert realisierbare Abhilfe skizziert. Das flache und druckfeste Basiselement ist hier mit Hilfe der kanalähnlichen Vertiefungen 24a und mit Schnitt- bzw. Bruchlinien 24b in inselartige Untergruppen 27 aufgeteilt, welche jeweils mittels der Führungslöcher 23 exakt auf eine entsprechende Untergruppe von lichterzeugenden Elementen 26 ausgerichtet werden. Zu diesem Zwecke wird folgendermassen vorgegangen: Das flächige, druckfeste Basiselement 21 wird als Ganzes grossflächig hergestellt. Vor der Vereinigung mit einem Trägerelement 25 entsprechender Grosse wird es ganzflächig, beispielsweise mittels Unterdruck, auf einem Bearbeitungs- und Montagewerkzeug fixiert. Hier wird es in einem nächsten Schritt beispielsweise mittels eines Stanzwerkzeugs, mittels Brechen oder mittels Laserschneiden so in die genannten Untergruppen 27 zertrennt, dass diese Untergruppen ihre Lage auf dem Bearbeitungs- und Montagewerkzeug beibehalten. In einem nächsten Schritt wird das Trägerelement 25 mit den lichterzeugenden Elementen 26 als Ganzes auf ein Hilfswerkzeug gesteckt, das an mindestens zwei der Stellen pro Achtergruppe welche den Führungslöchern 23 entsprechen, einen konisch nach oben zulaufenden, exakten Hilfsdorn besitzt. Danach werden die auf dem Montagewerkzeug fixierten Untergruppen 27 des flachen, druckfesten Basiselements 21 mit ihren Führungslöchern 23 alle gemeinsam auf die entsprechenden Hilfsdorne gesteckt, vom Montagewerkzeug losgelassen, vorsichtig auf das Trägerelement 25 gedrückt und mittels einer vorher auf die Unterseite des Basiselements 21 aufgebrachten dünnen Verbindungsschicht fixiert.FIG. 2 b outlines a remedy that is simple and inexpensive to implement. The flat and pressure-resistant base element is divided here into island-like subgroups 27 with the aid of the channel-like depressions 24a and with cut or break lines 24b, which are aligned in each case exactly by means of the guide holes 23 to a corresponding subgroup of light-generating elements 26. For this purpose, the procedure is as follows: The flat, pressure-resistant base element 21 is produced as a whole over a large area. Before being joined to a carrier element 25 of corresponding size, it is fixed over its entire surface, for example by means of negative pressure, on a machining and assembly tool. Here, in a next step, for example by means of a punching tool, by means of breaking or by means of laser cutting, it is severed into the subgroups 27 mentioned in such a way that these subgroups maintain their position on the processing and assembly tool. In a next step, the support member 25 with the light generating elements 26 as a whole put on an auxiliary tool, which has at least two of the positions per group of eight which correspond to the guide holes 23, a conically tapered up, exact auxiliary mandrel. Thereafter, the fixed on the mounting tool subgroups 27 of the flat, pressure-resistant base member 21 with their guide holes 23 are all put together on the corresponding auxiliary mandrels, released from the assembly tool, carefully pressed onto the support member 25 and by means of a previously applied to the underside of the base member 21 thin connection layer fixed.
Das geschilderte Vorgehen bewirkt offensichtlich, dass die einzelnen Untergruppen 27 des flächigen, druckfesten Basiselements 21 sich je einzeln nach den Hilfsdornen und damit nach den entsprechenden Untergruppen von lichter5ezeugenden Elementen 26 des Trägerelementes 25 ausrichten können. Da diese Untergruppen, wie weiter oben geschildert relativ klein sind, ist es kein Problem innerhalb dieser Untergruppen ein relative Lagegenauigkeit der einzelnen Durchgangslöcher von weniger als ± 5μm einzuhalten, womit sich der maximal zu erwartende Lagefehler zwischen lichterzeugenden Elementen 26 und Durchgangslöchern 22 auf 10 μm reduziert. Dies ist genügend gut.The described procedure obviously has the effect that the individual subgroups 27 of the flat, pressure-resistant base element 21 can each align individually with the auxiliary mandrels and thus with the corresponding subgroups of light-generating elements 26 of the carrier element 25. Since these subgroups are relatively small as described above, it is not a problem within these subgroups to maintain a relative positional accuracy of the individual via holes of less than ± 5 μm, thus reducing the maximum expected positional error between light-generating elements 26 and through-holes 22 to 10 μm , This is good enough.
Das geschilderte Vorgehen der grossflächigen Herstellung des druckfesten Basiselements und dessen Aufteilung in - sehr nahe bei einander liegende - Untergruppen während des Montagevorganges bietet, neben der Lösung der Ausrichtungsproblematik, folgende vorteilhafte Eigenschaften:The described procedure of large-scale production of the pressure-resistant base element and its division into - very close to each other - subgroups during the assembly process offers, in addition to solving the alignment problem, the following advantageous properties:
Erstens bleiben dank der geschilderten Herstellungsweise die Herstellkosten sehr gering. Zweitens bleibt die erfindungsgemässe Lichtquelle dank der sehr nahe bei einander liegenden Untergruppen 27 genauso druckfest und robust wie mit einem nicht in Untergruppen 27 aufgeteilten Basiselement 21.First, thanks to the described method of production, the production costs remain very low. Secondly, the light source according to the invention, thanks to the subgroups 27 located very close to one another, remains just as pressure-resistant and robust as with a base element 21 not divided into subgroups 27.
Drittens kann die erfindungsgemässe Lichtquelle dank des in Untergruppen 27 aufgeteilten Basiselements 21 räumlich, d.h. zu schalenartigen Körpern, deformiert werden. Hierbei bleiben die gesamten Untergruppen 27 als ebene Gebilde erhalten, während sich der dünne Träger 25 in den Zwischenzonen plastisch deformiert. Der Deformationsvorgang kann also so weit vorgenommen werden, dass das Trägerelement 25 in den plastisch deformierten Zwischenzonen nicht zerstört wird.Third, thanks to the base element 21 divided into subgroups 27, the light source according to the invention can be spatially, i. to shell-like bodies, to be deformed. Here, the entire subgroups 27 remain as flat structures, while the thin carrier 25 is plastically deformed in the intermediate zones. The deformation process can thus be carried out so far that the carrier element 25 is not destroyed in the plastically deformed intermediate zones.
Viertens ist die erfindungsgemässe Lichtquelle dank des in Untergruppen 27 aufgeteilten Basiselements 21 wesentlich unempfindlicher gegenüber hohen Temperaturen, welche ja aufgrund einer dichten Anordnung von lichterzeugenden Elementen 26 auftreten. Wenn das druckfeste flächige Basiselement 21 nicht aus demselben Material besteht wie die metallischen Schichten des Trägerelements 25 - und dies ist in der Regel der Fall -, so würden bei einem nicht unterteilten Basiselement 21 bei höheren Temperaturen durch eine grosse unterschiedliche thermische Ausdehnung sehr hohe Zug- bzw. Druckspannungen zwischen Basis element 21 und Trägerelement 25 auftreten, die unter Umständen zu einer drastischen Reduktion der Lebensdauer der erfindungsgemässen Lichtquelle führen würden. Dank der Unterteilung in relativ kleine Untergruppen 27 werden diese Effekte so weit minimiert, dass sie unerheblich sind.Fourth, thanks to the base element 21 divided into subgroups 27, the light source according to the invention is substantially less sensitive to high temperatures, which occur due to a dense arrangement of light-generating elements 26. If the pressure-resistant flat base element 21 is not made of the same material as the metallic layers of the carrier element 25-and this is usually the case-then at a non-subdivided base element 21 at very high temperatures, a very high thermal expansion would result in very high tensile forces. or compressive stresses between base element 21 and carrier element 25 occur, which would possibly lead to a drastic reduction in the lifetime of the inventive light source. Thanks to the division into relatively small subgroups 27, these effects are minimized to such an extent that they are irrelevant.
Die Figuren 3a bis 3h zeigen Schnitte durch beispielhafte unterschiedlicheFigures 3a to 3h show sections through exemplary different ones
Ausprägungsprinzipien der optisch wirksamen Durchgangslöcher 32 durch das druckfestes Basiselement 31. Im Regelfall besteht ein optisch wirksames Durchgangsloch im Sinne der Erfindung aus mindestens zwei Komponenten, nämlich einer optisch wirksamen Durchgangsöffnung 32a und einer optisch wirksamen und - im Wellenlängenbereich des von den lichterzeugenden Elementen 36 ausgestrahlten Lichtes - optisch transparenten Füllung 32b.Ausprägungsprinzipien the optically effective through holes 32 through the pressure-resistant base member 31. As a rule, there is an optically effective through hole according to the invention of at least two components, namely an optically effective through-opening 32a and an optically active and - in the wavelength range of the radiated light from the light-emitting elements 36 - optically transparent filling 32b.
Figur 3a zeigt den einfachen Fall einer mindestens nahezu zylindrischen Durchgangsöffnung 32a und einer optisch transparenten Füllung 32b. In der in Figur 3a gezeigten Skizze besitzt die optisch transparente Füllung eine kontinuierlich sphärisch oder asphärisch geformte Oberfläche. Selbstverständlich kann die optische Funktion dieser Oberflächenform auch mittels einer fresnelartig geformten oder mit entsprechenden diffraktiven Mustern versehenen Oberfläche realisiert werden. Genau so selbstverständlich ist, dass die Form der Oberfläche im Extremfall eine ebenen Fläche sein kann.FIG. 3a shows the simple case of an at least approximately cylindrical passage opening 32a and an optically transparent filling 32b. In the sketch shown in FIG. 3a, the optically transparent filling has a continuously spherically or aspherically shaped surface. Of course, the optical function of this surface shape can also be realized by means of a fresnel-like or provided with corresponding diffractive patterns surface. It goes without saying that the shape of the surface can be a flat surface in extreme cases.
Die in der Figur 3a gezeigte, mindestens nahezu zylindrische Durchgangsöffnung 32a ist aus Gründen der Herstellbarkeit besonders einfach. Eine grosse Anzahl der Durchgangsöffnungen 32a kann jeweils gleichzeitig mittels eines sehr kostengünstigen Stanzvorganges hergestellt werden. Wenn dieser Stanzvorgang in einer möglichen etwas aufwändigeren Variante so durchgeführt wird, dass gleichzeitig ein Press- und/oder Reibevorgang stattfindet, können Oberflächen erzeugt werden, die gute Oberflächen im Sinne eines Spiegels besitzen. Selbstverständlich können die mindestens nahezu zylindrischen Durchgangsöffnungen 32a auch mittels eines Spritz- bzw. Druckguss Prozesses hergestellt werden.The at least almost cylindrical passage opening 32a shown in FIG. 3a is particularly simple for reasons of manufacturability. A large number of the passage openings 32a can each be produced simultaneously by means of a very cost-effective punching process. If this punching operation is carried out in a possible somewhat more elaborate variant so that a simultaneous pressing and / or rubbing process takes place, surfaces can be produced which have good surfaces in the sense of a mirror. Of course, the at least almost cylindrical passage openings 32a can also be produced by means of a die casting or die casting process.
Die optische Funktion einer solchen mindestens nahezu zylindrischen Durchgangsöffnung hängt von der Art ihrer Oberflächenstruktur ab. Bei einer diffusen - allenfalls schwarzen - Oberfläche wirkt die nahezu zylindrische Durchgangsöffnung als Blende, die alles Licht ausserhalb eines bestimmten Raumwinkels ausblendet. Der Tangens dieses maximalen Raumwinkels unter dem in diesem Falle Licht aus der Durchgangsöffnung 32a austritt, ist offensichtlich gegeben durch das Verhältnis von Zylinderradius zu Zylinderhöhe. Ist also beispielsweise der Zylinderradius 0.5 mm und die - der dicke des druckfesten Basiselementes entsprechende - Zylinderhöhe 2 mm ergibt sich ein maximaler Austrittswinkel von ca. ± 14°. Natürlich wird eine solche Begrenzung des Austrittswinkels in diesem Falle durch enorme Lichtverluste erkauft. Werden beispielsweise LED-Chip als lichterzeugende Elemente 36 eingesetzt, so geben diese ihr Licht innerhalb eines Raumwinkels von ca. ±80° nahezu gleichmässig ab und die als Blend wirkende nahezu zylindrische Durchgangsöffnung 32a vernichtet alles Licht im Raumwinkelbereich zwischen ±14° bis ±80°. Bei einer spiegelnden Oberfläche der Durchgangsöffnung 32a erreicht auch ein - vom Spiegelwirkungsgrad der Oberfläche abhängiger Anteil - des im Raumwinkelbereich zwischen ±14° bis ±80° abgegebenen Lichtes die obere Fläche der transparenten Füllung 32b und tritt dort in einem Raumwinkel aus, der - abhängig von der Form dieser Oberfläche - zwischen ca. ±60° bis ±90° liegt.The optical function of such an at least almost cylindrical passage opening depends on the nature of its surface structure. In a diffuse - at most black - surface, the almost cylindrical passage opening acts as a diaphragm, which hides all light outside a certain solid angle. The tangent of this maximum solid angle below which in this case light emerges from the passage opening 32a is obviously given by the ratio of cylinder radius to cylinder height. If, for example, the cylinder radius is 0.5 mm and the cylinder height corresponding to the thickness of the pressure-resistant base element is 2 mm, this results in a maximum exit angle of approximately ± 14 °. Of course, such a limitation of the exit angle is paid in this case by enormous light losses. For example, if LED chip are used as light-generating elements 36, they give their light almost uniformly within a solid angle of about ± 80 ° and acting as a blend almost cylindrical passage opening 32a destroys all light in the solid angle range between ± 14 ° to ± 80 ° , In the case of a reflecting surface of the passage opening 32a, the light emitted in the solid angle range between ± 14 ° and ± 80 ° also reaches the upper surface of the transparent filling 32b, where it emerges in a solid angle which depends on the shape of this surface - is between about ± 60 ° to ± 90 °.
Die Figur 3b zeigt den etwas aufwändigeren Fall einer konisch ausgebildeten Durchgangsöffnung 32a.FIG. 3b shows the somewhat more complex case of a conically formed passage opening 32a.
Abhängig vom Öffnungswinkel dieses Konus muss ein anderes Herstellverfahren gewählt werden. Bei kleinen Öffnungswinkeln kann ein Stanz- / Pressvorgang eingesetzt werden, der so durchgeführt wird, dass zunächst ein Durchgangsloch mit dem Durchmesser der kleinsten Konusöffnung gestanzt wird und anschliessend im gleichen Hub ein Pressvorgang stattfindet, der die Konizität der Durchgangsöffnung 32a erzeugt. Bei grösseren Öffnungswinkeln muss auf das Spritz- bzw. Druckgussverfahren zurückgegriffen werden. Bezüglich der optischen Wirkung des in Figur 3b skizzierten Beispiels kann auf die Überlegungen die bezüglich der Figur 3 a gemacht wurden verwiesen werden. Im Falle einer diffusen Oberfläche der Durchgangsöffnung 32a entsteht ein entsprechend dem Öffnungswinkel des Konus vergrösserter Austrittswinkel. Im Falle einer spiegelnden Oberfläche sind deutlich kleinere Austrittswinkel (ca. ±50°) und ein besserer optischer Wirkungsgrad als im Fall 3a erreichbar.Depending on the opening angle of this cone, a different manufacturing method must be selected. For small opening angles, a punching / pressing operation can be used, which is carried out such that first a through-hole is punched with the diameter of the smallest cone opening and then a pressing process takes place in the same stroke, which produces the conicity of the through-opening 32a. For larger opening angles, the injection or pressure casting method must be used. With regard to the optical effect of the example sketched in FIG. 3b, reference can be made to the considerations made with respect to FIG. 3a. In the case of a diffuse surface of the passage opening 32a, an exit angle increased corresponding to the opening angle of the cone. In the case of a reflecting surface significantly smaller exit angles (about ± 50 °) and a better optical efficiency than in the case 3a can be achieved.
In Figur 3c ist das Beispiel einer Durchgangs Öffnung 32a mit der ungefähren Form eines Parabolspiegels skizziert.In Figure 3c, the example of a passage opening 32a is sketched with the approximate shape of a parabolic mirror.
Da eine derartig geformte Durchgangsöffnung 32a nur mit einer gut spiegelnden Oberfläche Sinn macht wird ein druckfestes Basiselement 31, das derartige Durchgangsöffnungen 32a aufweist, vorzugsweise mittels Spritz- bzw. Druckguss hergestellt. In Fällen bei denen das hierzu verwendete Material eine nicht oder nur ungenügend gut spiegelnde Oberfläche ergibt, folgt ein zusätzlicher Beschichtungsschritt zur Erzeugung einer gut spiegelnden Oberfläche. Dieser Beschichtungsschritt kann beispielsweise ein galvanisches Aufbringen einer oder mehrerer Metallschichten sein, das vorzugsweise so durchgeführt wird, dass gleichzeitig eine Glättung der Oberfläche stattfindet. Der Beschichtungsschritt kann - allenfalls in Kombination mit vorgängigen galvanischen Schritten - aber auch ein im Vakuum durchgeführter Bedampfungs- oder Sputterprozess sein.Since a passage opening 32a formed in this way makes sense only with a well-reflecting surface, a pressure-resistant base element 31 having such passage openings 32a is preferably produced by means of injection molding or diecasting. In cases where the material used for this purpose results in a not or only insufficiently reflective surface, followed by an additional coating step to produce a well-reflective surface. This coating step may, for example, be a galvanic deposition of one or more metal layers, which is preferably carried out so that at the same time a smoothing of the surface takes place. The coating step can be - if necessary in combination with previous galvanic steps - but also in a vacuum performed sputtering or sputtering process.
Die optische Funktion der gemäss Fig. 3c geformten spiegelnden Oberfläche der Durchgangsöffnung 32a ist klar. Es soll ein möglichst grösser Anteil des vom lichterzeugenden Element 36 abgegebenen Lichtes in einen Raumwinkel gebündelt werden, der kleiner ist als derjenige welcher mit einer konischen Durchgangsöffnung erreichbar ist. Abhängig von der Höhe der Durchgangsöffnung können auf diese Weise Raumwinkel bis hinunter zu ±10° erreicht werden. In Figur 3d ist das Beispiel einer Durchgangsöffnung 32a skizziert, welche die ungefähre Form eines zweistufigen Parabolspiegels aufweist. Diese zweistufig parabolische Form ist gekoppelt mit einer Füllung der Durchgangsöffnung 32a bei welcher die Füllhöhe eines ersten optisch transparenten Materials 32c, mit einem beispielsweise möglichst hohem Brechungsindex von beispielsweise 1.6 oder höher, mit der Höhe der ersten nahezu parabolischen Stufe der Durchgangs Öffnung 32a korrespondiert und bei welcher die restliche Höhe der Durchgangsöffnung 32a, mindestens teilweise, mit einem optisch transparenten Material 32b mit beispielsweise niedrigerem Brechungsindex von beispielsweise 1.3 bis 1.6 gefüllt ist. Statt einer zweistufigen Form kann bei Bedarf auch eine entsprechend gestaltete mehrstufige Form gewählt werden.The optical function of the reflecting surface of the passage opening 32a formed in accordance with FIG. 3c is clear. It should be bundled as large a proportion of the light emitted from the light-emitting element 36 light in a solid angle, which is smaller than that which can be reached with a conical passage opening. Depending on the height of the passage opening, solid angles down to ± 10 ° can be achieved in this way. In figure 3d, the example of a through-hole 32a is sketched, which has the approximate shape of a two-stage parabolic mirror. This two-stage parabolic shape is coupled to a filling of the passage opening 32a at which the filling level of a first optically transparent material 32c, for example with a high refractive index of 1.6 or higher, for example, corresponds to the height of the first nearly parabolic step of the passage opening 32a and at which is the remaining height of the through hole 32a, at least partially filled with an optically transparent material 32b having, for example, a lower refractive index of, for example, 1.3 to 1.6. If required, instead of a two-stage mold, a suitably designed multi-stage mold can also be selected.
Bei Einsatz von LED-Chip als lichterzeugende Elemente 36 ist die optische Funktion eines derart ausgeführten Durchgangsloches 32 die folgende: Da die Oberfläche von LED-Chip in der Regel einen sehr hohen Brechungsindex (2.5 bis 4) aufweisen, kann dank des hohen Brechungsindexes des ersten Füllbereiches 32c ein deutlich erhöhter Anteil von Licht aus der Oberfläche des LED-Chip 36 ausgekoppelt werden. Da optisch transparente Materialien mit hohem Brechungsindex in der Regel sehr teuer sind verbietet es sich aber schon aus diesem Grunde, die gesamte Durchgangsöffnung mit diesem Material zu füllen. Der zweite Vorteil einer zweistufigen Füllung ist der, dass die Vergrösserung des Austrittswinkels welche durch optische Brechung beim Austritt aus dem optisch hoch brechenden Material 32c geschieht, mittels der zweistufig parabolischen Form der Durchgangsöffnung 32 a weitestgehend kompensiert werden kann, so dass beim Austritt aus dem optisch niedriger brechenden Material 32b allenfalls erwünschte kleine Austrittswinkel eingehalten werden können.When using LED chip as the light-generating elements 36, the optical function of a through-hole 32 made in this way is as follows: Since the surface of the LED chip usually has a very high refractive index (2.5 to 4), the high refractive index of the first one can Fill region 32c a significantly increased proportion of light from the surface of the LED chip 36 are coupled out. Since optically transparent materials with a high refractive index are generally very expensive, it is for this reason that it is impossible to fill the entire passage opening with this material. The second advantage of a two-stage filling is that the enlargement of the exit angle which occurs by optical refraction at the exit from the optically highly refracting material 32c, by means of the two-stage parabolic shape of the passage opening 32 a can be largely compensated, so that at the exit from the optical lower refractive material 32b possibly desired small exit angle can be maintained.
In Figur 3e ist das Beispiel einer schiefen Durchgangsöffnung 32a skizziert, welche die ungefähre Form eines schiefen Parabolspiegels aufweist. Selbstverständlich könnte die parabolische Form durch eine entsprechend mehrstufig parabolische oder eine schiefe zylindrische oder konische Form ersetzt werden.In FIG. 3e, the example of an oblique passage opening 32a is sketched, which has the approximate shape of an oblique parabolic mirror. Of course The parabolic shape could be replaced by a corresponding multi-stage parabolic or an oblique cylindrical or conical shape.
Die optische Funktion einer derartig geformten Durchgangsöffnung ist die, dass das Licht in einem Raumwinkelbereich austritt, der gegenüber den Ansätzen 3a bis 3d um einen bestimmten Betrag, der beispielsweise 10° bis 30° beträgt, gegenüber der Vertikalen geneigt ist.The optical function of such a through-hole formed is that the light emerges in a solid angle range which is inclined relative to the vertical with respect to the lugs 3a to 3d by a certain amount, for example 10 ° to 30 °.
In Figur 3f ist eine Variante skizziert bei welcher die, beispielsweise grob gestanzte Durchgangsöffnung 32a keinerlei optische Funktion, sondern nur Schutzfunktion übernimmt. Die Füllung 32b mit optisch transparentem Material erfolgt hier so, dass unabhängig von der Güte der Oberfläche der Durchgangsöffnung 32a ein im Wesentlichen zylindrischer Körper mit sphärischer oder asphärischer Form am oberen Ende entsteht, in dem das Licht durch Totalreflexion bis zum linsenartigen Ende der Füllung 32b transportiert wird, wo es dann in einem definierten Raumwinkelbereich austritt.In Figure 3f a variant is outlined in which, for example, roughly punched through hole 32a does not perform any optical function, but only protective function. The filling 32b with optically transparent material takes place here so that, irrespective of the quality of the surface of the passage opening 32a, a substantially cylindrical body with a spherical or aspherical shape arises at the upper end, in which the light is transported by total reflection to the lens-like end of the filling 32b becomes where it exits in a defined solid angle range.
In der Ausführungsform gemäss Figur 3g besitzt die Durchgangsöffnung ähnlich wie in Fig. 3c eine parabolspiegelartige Form und ist bspw. ebenfalls reflektierend beschichtet. Im Unterschied zu Fig. 3c ist sie aber nicht fast vollständig mit transparentem Material gefüllt, sondern es ist lediglich ein die LED abschirmender und Licht umlenkender Tropfen 32d („globe top") aus einem transparenten Material vorhanden. Der Tropfen kann bspw. aus Silikon sein und füllt weniger als 30% der Durchgangsöffnung.In the embodiment according to FIG. 3g, the passage opening has, similar to FIG. 3c, a parabolic-mirror-like shape and, for example, is likewise coated in a reflective manner. In contrast to Fig. 3c, however, it is not almost completely filled with transparent material, but instead there is only a droplet 32d ("globe top") made of a transparent material which shields the LED and deflects light, for example, the drop may be made of silicone and fills less than 30% of the passage opening.
Gemäss Fig. 3h füllt im Unterschied zur Ausführungsform von Fig. 3c und von Fig. 3d transparentes Material 32b - bspw. ebenfalls Silikon oder bspw. ein aushärtbares transparentes Material - die Durchgangsöffnung nur teilweise. Der abschnittweise parabolspiegelartige Verlauf der reflektierenden Öffnugnsoberfläche ist entsprechend angepasst: dadurch dass an der Übergangsfläche zwischen dem transparenten Material und der Luft das Licht von der optischen Achse weg gebrochen wird, ist der Öffnungswinkel am Ort des optisch dünneren Mediums (der Luft) grösser zu wählen, damit reflektierte Strahlung kollimiert wird. Die Öffnungsoberfläche besitzt also einen ersten Abschnitt 39a und einen zweiten Abschnitt 39 b mit einem grösseren Winkel als der erste Abschnitt. Die Oberfläche des transparenten Materials 32b fällt ungefähr mit dem Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt zusammen. Ausserdem ist in der gezeichneten Ausführungsform die Oberfläche des transparenten Mediums so geformt, dass sie in einem zentralen Abschnitt 32g für die Kollimierung von direkt von der LED 36 kommendem Licht optimiert ist, wohingegen ein zweiter Abschnitt 32f Licht kollimiert, welches einmal vom ersten parabolspiegelartigen Abschnitt reflektiert wurde. In der Figur sind drei beispielhafte Strahlengänge eingezeichnet. Die Wirkung des ersten und zweiten Oberflächenabschnitts kann auch durch entsprechende diffraktive Strukturen erzielt werden.According to FIG. 3h, in contrast to the embodiment of FIG. 3c and of FIG. 3d, transparent material 32b-for example likewise silicone or, for example, a curable material-fills transparent material - the passage opening only partially. The section-wise parabolic-mirror-like course of the reflective opening surface is adapted accordingly: since the light is refracted away from the optical axis at the interface between the transparent material and the air, the opening angle at the location of the optically thinner medium (the air) must be greater; so that reflected radiation is collimated. The opening surface thus has a first portion 39a and a second portion 39b at a greater angle than the first portion. The surface of the transparent material 32b coincides approximately with the transition between the first and second portions. Moreover, in the illustrated embodiment, the surface of the transparent medium is shaped to be optimized in a central portion 32g for collimating light directly from the LED 36, whereas a second portion 32f collimates light once reflecting from the first parabolic mirror-like portion has been. In the figure, three exemplary beam paths are shown. The effect of the first and second surface sections can also be achieved by corresponding diffractive structures.
Die Figuren 4a bis 4c zeigen die beispielhaften Skizzen einer Ausführung der erfindungsgemässen flächigen, robusten Lichtquelle, welche das Licht im Wesentlichen rechtwinklig zu beiden Flächen der Lichtquelle abgibt.FIGS. 4a to 4c show the exemplary sketches of an embodiment of the planar, robust light source according to the invention, which emits the light essentially at right angles to both surfaces of the light source.
Hierzu ist nichts anderes notwendig, als den dünnen Träger 45 dort mit Löchern zu versehen, wo sich später die lichterzeugenden Elemente 46, also beispielsweise LED-Chip, befinden sollen. Die LED-Chip 46 „schweben" dann im Endeffekt an den beiden Drahtbonds 47 mit denen sie elektrisch kontaktiert werden. Um dies zu erreichen, wird zunächst eine Hilfsfolie 49 auf der Unterseite des dünnen Trägers befestigt. Auf dieser Hilfsfolie 49 werden die LED-Chip 46 so befestigt, dass sie momentan Halt haben, später aber wieder leicht abgelöst werden können. Dies kann beispielsweise mit einem optisch transparenten Silikon-Gel geschehen, das auf der Hilfsfolie 49 nur minimal haftet. Danach werden die LED-Chip mittels der Drahtbonds 47 elektrisch kontaktiert und befestigt. In einem nächsten Schritt erfolgt eine mechanische Stabilisierung indem im Bereich der LED-Chip 46 und des nahe gelegenen Randes des dünnen Trägers 45 eine möglichst dünne, den optischen Anforderungen genügende Kunststoffschicht 47, also beispielsweise ein geeignetes Silikon-Gel, aufgebracht wird.For this purpose, nothing else is necessary to provide the thin carrier 45 there with holes, where later the light-generating elements 46, so for example LED chip to be located. The LED chip 46 then "floats" effectively at the two wire bonds 47 with which they are electrically contacted.To achieve this, an auxiliary film 49 is first attached to the underside of the thin carrier 46 so fastened that they have a momentary hold, but later can easily be detached again For example, done with an optically transparent silicone gel that adheres only minimally to the auxiliary film 49. Thereafter, the LED chip are electrically contacted and fixed by means of the wire bonds 47. In a next step, a mechanical stabilization takes place in that in the region of the LED chip 46 and the nearby edge of the thin carrier 45 a thin as possible, the optical requirements sufficient plastic layer 47, so for example a suitable silicone gel is applied.
In einem nächsten Schritt wird, wie in Figur 4b skizziert, der so ausgestattete dünne Träger 45 mit dem druckfesten Basiselement 41 verbunden, wobei die zumindest zu diesem Zeitpunkt noch viskose Kunststoff Schicht 47 in die entsprechenden Hohlräume 42c der druckfesten Platte 41 eingepresst wird in seitlich etwas ausfliesst. Damit ist erstens ein einwandfrei gefüllter optischer Pfad sichergestellt und zweitens wird eine genügend gute Haftung zwischen den beiden Komponenten 41 und 45 erreicht. In einem letzten Schritt wird nun die Hilfsfolie 49 abgezogen.In a next step, as outlined in Figure 4b, the thus equipped thin carrier 45 is connected to the pressure-resistant base member 41, wherein the at least at this time still viscous plastic layer 47 is pressed into the corresponding cavities 42c of the pressure-resistant plate 41 in laterally something flows out. Firstly, a perfectly filled optical path is ensured and, secondly, a sufficiently good adhesion between the two components 41 and 45 is achieved. In a last step, the auxiliary film 49 is now removed.
Natürlich kann nun, wie in Figur 4c skizziert, auch auf der Unterseite der so entstandenen erfindungsgemässen Lichtquelle eine völlig gleich aufgebautes oder mit anderen optischen Eigenschaften versehenes druckfestes Basiselement befestigt werden.Of course, as outlined in FIG. 4c, a pressure-resistant base element of the same design or provided with other optical properties can now also be fastened on the underside of the resulting light source according to the invention.
In Figur 5 ist das prinzipielle Beispiel des Falls skizziert, in dem die erfindungsgemässe flächige, robuste Lichtquelle zusätzlich zu dem druckfesten Basiselement 51 und dem, mit lichterzeugenden Elementen 56 ausgerüsteten dünnen Träger 55 ein optisch wirksames Zusatzelement 57 besitzt. Diese Zusatzelement 57 ist im skizzierten Beispiel so aufgebaut, dass es aus einer druckfesten Platte 58 mit optischen Elementen 59 in entsprechenden Öffnungen besteht. Natürlich ist die Lage dieser optischen Element 59 so gewählt, dass sie mit den optisch wirksamen Durchgangslöchern 52 des druckfesten Basiselementes 51 korrespondieren.FIG. 5 outlines the basic example of the case in which the planar, robust light source according to the invention has an optically effective additional element 57 in addition to the pressure-resistant base element 51 and the thin support 55 equipped with light-generating elements 56. This additional element 57 is constructed in the example shown that it consists of a pressure-resistant plate 58 with optical elements 59 in corresponding openings. Of course, the position of this optical element 59 is chosen so that they correspond to the optically effective through-holes 52 of the pressure-resistant base member 51.
Die Figuren 6a bis 6d zeigen skizzenhaft einige mögliche Ausführungsvarianten der optischen Elemente 69 des Zusatzelementes 67.FIGS. 6a to 6d sketchily show some possible embodiments of the optical elements 69 of the additional element 67.
In Figur 6a hat das optische Element 69 keine eigentliche optische Wirkung, sondern ist in Form einer optisch transparenten ebenen Platte, welche in eine druckfeste Platte 68 eingelassen ist, als zusätzlicher Schutz des optisch wirksamen Durchgangsloches 62 ausgebildet.In Figure 6a, the optical element 69 has no actual optical effect, but is in the form of an optically transparent flat plate, which is embedded in a pressure-resistant plate 68, formed as additional protection of the optically active through hole 62.
In Figur 6b besteht das Zusatzelement 67 nur aus einer optisch wirksamen Platte 69, die beispielsweise mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, die eine breite diffuse Abstrahlung des Lichtes erzeugt. Natürlich muss diese Platte eine genügend hohe Druckfestigkeit aufweisen um für die anvisierten Anwendungsfälle geeignet zu sein. In der Regel genügt hierfür die Verwendung eines Kunststoffes wie PC oder PMMA. In gewissen Fällen kann aber auch Glas verwendet werden.In Figure 6b, the additional element 67 consists only of an optically active plate 69, which is provided for example with a surface structure that produces a broad diffuse radiation of the light. Of course, this plate must have a sufficiently high compressive strength to be suitable for the intended applications. As a rule, it is sufficient to use a plastic such as PC or PMMA. In certain cases, glass can also be used.
In Figur 6c übernimmt das optische Element 69 des Zusatzelementes 67 die Funktion einer Verlängerung der parabolischen Form des Durchgangsloches 62 durch das druckfeste Basiselement 61. Dazu besitzt die druckfeste Platte 68 des Zusatzelementes 67 an den entsprechenden Stellen entsprechen parabolisch geformte Durchgangslöcher, die zusammen mit einer entsprechenden optisch transparenten Füllung das optische Element 69 bilden. In Figur 6d ist der Fall eines Zusatzelementes skizziert, das die Aufgabe besitzt das Licht in nahezu horizontaler Richtung abzustrahlen.In Figure 6c, the optical element 69 of the additional element 67 takes over the function of an extension of the parabolic shape of the through hole 62 through the pressure-resistant base member 61. For this purpose, the pressure-resistant plate 68 of the additional element 67 at the corresponding locations corresponding parabolic through holes, which together with a corresponding optically transparent filling the optical element 69 form. FIG. 6d outlines the case of an additional element which has the task of emitting the light in a nearly horizontal direction.
Hierzu wird beispielsweise ein druckfestes Basiselement 61 verwendet, das schief parabolische Durchgangslöcher 62 aufweist, so dass das Licht am oberen Ende dieser Durchgangslöcher beispielsweise unter einem mittleren Raumwinkel austritt, der um ca. 20° gegenüber der Senkrechten geneigt ist.For this purpose, for example, a pressure-resistant base element 61 is used, which has obliquely parabolic through-holes 62, so that the light exits at the upper end of these through-holes, for example at a mean solid angle, which is inclined by approximately 20 ° relative to the vertical.
Dieses Licht wird durch die prismatische Form des optischen Elementes 69 des Zusatzelementes 67 weiter in die horizontale Richtung abgelenkt, so dass es schlussendlich im Wesentlichen beispielsweise in einem Raumwinkelbereich von 3° bis 40° gegenüber der Horizontalen aus der oberen Fläche des optischen Elementes 69 austritt.This light is deflected by the prismatic shape of the optical element 69 of the additional element 67 further in the horizontal direction, so that it finally emerges substantially in a solid angle range of 3 ° to 40 ° relative to the horizontal from the upper surface of the optical element 69.
Im skizzierten Beispiel der Figur 6d ist das Zusatzelement so gezeichnet, dass das optische Element 69 sich über mehrerer Durchgangslöcher 62 hinweg erstreckt, womit im Abstrahlbereich eine Addition der Lichtintensitäten auftritt.In the sketched example of FIG. 6d, the additional element is drawn in such a way that the optical element 69 extends over a plurality of through-holes 62, with the result that an addition of the light intensities occurs in the emission region.
Das optische Element 69 ist in entsprechende Löcher eines druckfesten Elementes 68 eingelassen, so dass auch bei Wahl eines weichen oder brüchigen Materials für das optische Element 69 insgesamt ein druckfestes Zusatzelement 67 entsteht.The optical element 69 is embedded in corresponding holes of a pressure-resistant element 68, so that even when choosing a soft or brittle material for the optical element 69 a total of a pressure-resistant additional element 67 is formed.
Alternativ dazu kann das optische Element auch in Löcher des - entsprechend etwas dicker ausgestalteten - Basiselemntes eingelassen sein, wodurch sich ein zusätzliches druckfestes Element 68 erübrigt. Das Zusatzelement kann auch mit Mitteln versehen sein, welche die Farbe das ausgesandten Lichtes beeinflussen, bspw. Filtern etc. Für Flugpistenmarkierungen und bspw. auch andere Anwendungen sind Lichtquellen besonders interessant, die eine winkelabhängige Farbabstrahlung besitzen. Solches lässt sich mit einem optisch wirksamen Element bewirken, das Licht in mindestens zwei verschiedene, definierte Richtungen umlenkt. Für jede Richtung ist ein eigener Farbfilter vorhanden. Das ist auch in einer erfindungsgemässen sehr flachen Lichtquelle ohne Weiteres realisierbar, bspw. mit diffraktiv und/oder refraktiv wirkenden feinen, fresnel- linsenartigen Prismenstrukturen an der Oberfläche, wobei lichtemittierende Flächen für die verschiedenen Richtungen verschieden eingefärbt sind.Alternatively, the optical element can also be embedded in holes in the base element - correspondingly thicker in design - which eliminates the need for an additional pressure-resistant element 68. The additional element can also be provided with means which influence the color of the emitted light, for example filters, etc. For runway markings and, for example, also other applications, light sources are particularly interesting which have an angle-dependent color emission. Such can be effected with an optically active element which deflects light in at least two different, defined directions. There is a separate color filter for each direction. This can also be achieved without difficulty in a very flat light source according to the invention, for example with fine, Fresnel lense-like prismatic structures on the surface which diffractively and / or refractively have light-emitting surfaces differently colored for the different directions.
In Figuren 7a und 7b sind schematische Schnitte durch eine Variante des druckfesten Basiselementes 71 und des dünnen Trägers 75 dargestellt, die eine Be estigung zwischen diesen beiden Elementen mittels Formschluss erlaubt.FIGS. 7a and 7b show schematic sections through a variant of the pressure-resistant base element 71 and the thin carrier 75, which permits a fastening between these two elements by means of positive locking.
Zu diesem Zwecke sind, wie in Fig. 7a skizziert, die Führungslöcher 73a des druckfesten Basiselementes 71 auf der unteren Seite mit einer beispielsweise ringförmig über die Oberfläche des druckfesten Basiselementes 71 hinausragenden Verlängerung 73b versehen. Die Höhe dieser Verlängerung entspricht dabei in Etwa der doppelten Dicke des dünnen Trägers 75.For this purpose, as outlined in FIG. 7a, the guide holes 73a of the pressure-resistant base element 71 on the lower side are provided with an extension 73b projecting annularly over the surface of the pressure-resistant base element 71, for example. The height of this extension corresponds approximately to twice the thickness of the thin carrier 75.
Die Führungslöcher des dünnen Trägers besitzen eine Durchmesser, der um beispielsweise ein μm grösser ist als der Durchmesser der ringförmigen Verlängerung 73b. Damit beim Fügen der beiden Elemente 71 und 75 keine Probleme auftreten ist es von Vorteil, wenn der äussere Mantel der im Wesentlichen ringförmigen Verlängerung 73b konisch ausgebildet ist.The guide holes of the thin carrier have a diameter which is, for example, one micron larger than the diameter of the annular extension 73b. So that when joining the two elements 71 and 75 no problems occur, it is advantageous if the outer jacket of the substantially annular extension 73b is conical.
In Figur 7b sind die beiden Elemente 71 und 75 in gefügtem Zustand skizziert, bei dem die ringförmige Verlängerung 73b nach nietenartig aussen hin umgeformt ist und so den erwünschten Formschluss zwischen den beiden Elementen bildet. Der Fügevorgang wird hierzu beispielsweise so durchgeführt, dass die zum Fügen verwendeten Hilfsstifte an ihrem unteren Ende so geformt sind, dass die erforderliche Umformung der ringförmigen Verlängerungen 73b durch ein Aufpressen des Basiselementes 71 geschieht.In Figure 7b, the two elements 71 and 75 are sketched in an assembled state, in which the annular extension 73b is formed after rivet-like outward and thus forms the desired positive connection between the two elements. For this purpose, the joining process is carried out, for example, in such a way that the auxiliary pins used for joining are shaped at their lower end in such a way that the required deformation of the annular extensions 73b takes place by pressing on the base element 71.
Es wird also bspw. eine Lichtquelle zur Verfügung gestellt, die die folgenden Eigenschaften besitzt:Thus, for example, a light source is provided which has the following properties:
Die Lichtquelle ist flächig in dem Sinne, dass sie - ohne Einbau in jedwelche Vertiefungen - auf gegebene Oberflächen wie beispielsweise Autostrassen, Rollbahnen von Flugfeldern, Gehwegen, Korridoren und Wänden von Gebäuden aufgebracht werden kann, ohne dass sie ein wesentliches Hindernis für über sie hinwegrollende Räder oder eine Stolpergefahr oder eine Verletzungsgefahr erzeugt; und die druckfest in dem Sinne ist, dass die Lichtquelle, wenn sie der Wechselbelastung, die beispielsweise von über sie hinwegrollenden Pneu von Lastwagen oder Flugzeugen erzeugt wird, oder den hohen lokalen Drücken die beispielsweise beim Betreten der Lichtquelle mit hochhakigen Damenschuhen entstehen, stand zu halten vermag. Dazu besitzt sie beispielsweise ein - hier aus Träger und Basiselement zusammengesetzt - ein lichterzeugende elektrolumineszente Elemente, bspw. ungehäuste LEDs oder OLEDs umgebendes flaches und druckfestes Gehäuse, welches mit Massnahmen versehen ist, die eine Druckfestigkeit auch dann bewirken, wenn die Lichtquelle grossflächig ist. Dies dadurch, dass jeder Teilbereich der Lichtquelle in sich druckfest ist, indem der Druck flächig - hier in tragenden Zonen - aufgenommen und an die Unterlage der Lichtquelle weitergegeben wird. Die Druckfestigkeit beträgt bspw. mindestens 30 N/mm , auch für Drücke, die auf Flächen von weniger als 1 cm wirken. Ausserdem ist sie dünn, d.h. bspw. 5 mm oder dünner.The light source is planar in the sense that it can be applied to given surfaces such as car terraces, runways of airfields, walkways, corridors and walls of buildings without incorporation into any wells without being a major obstacle to wheels rolling over them or creates a risk of tripping or a risk of injury; and which is flameproof in the sense that the light source is able to withstand the alternating load created by, for example, tires or airplanes rolling over it, or the high local pressures encountered, for example, entering the high-heel women's footwear light source can. For this purpose, for example, it has a light-generating electroluminescent elements, for example unhoused LEDs or OLEDs surrounding flat and pressure-resistant housing, which are provided with measures which bring about a compressive strength even when the light source has a large surface area - here composed of carrier and base element. This is due to the fact that each subarea of the light source is inherently pressure-resistant in that the pressure is recorded in a planar manner - here in load-bearing zones - and transmitted to the underlay of the light source. The compressive strength is, for example, at least 30 N / mm, even for pressures acting on surfaces of less than 1 cm. In addition, it is thin, ie, for example, 5 mm or thinner.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist sie dadurch gekennzeichnet, dass sie in dem Sinne gegen Schlageinwirkung robust ist, dass sie in Vandalismus-Absicht geführte heftige Schläge, die beispielsweise mit Flaschen oder ähnlichen Gegenständen ausgeführt werden, so stand zu halten vermag, dass sie einige solche Schläge ohne wesentliche Einbusse von Leuchtstärke erträgt, was bedeutet, dass sie zwar lokal versagen darf aber grossflächig weiterhin Licht abgibt.According to a preferred embodiment, it is characterized by being robust in the anti-impact sense, such that it can withstand vandalism violent blows carried out, for example, with bottles or similar objects so as to withstand some such impacts without significant loss of luminosity, which means that it may fail locally but continues to emit light over a large area.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann sie sich auch dadurch auszeichnen, dass sie in dem Sinne robust ist, dass die Lichtquelle in sich so gas- und wasserdampfdicht ist, dass alle in ihr enthaltenden Bauelemente wie beispielsweise Licht erzeugende Elemente, elektrische Verbindungen, optische Elemente usw. eine hohe Mindestlebensdauer von beispielsweise 20O00 bis lOO'OOO Betriebsstunden aufweisen.Additionally or alternatively, it may also be characterized by being robust in the sense that the light source is so gas and water vapor tight that all components contained in it, such as light-generating elements, electrical connections, optical elements, etc. have a high minimum life of, for example, 20O00 to 100,000 operating hours.
Sie kann dadurch gekennzeichnet sein, das sie in dem Sinne eine vom Anwender definierbare räumliche Lichtabstrahlung und Lichtfarbenverteilung besitzt, dass die erfindungsgemässe Lichtquelle ihr Licht je nach Ausführung so abgibt: dass beispielsweise von jedem lichtabstrahlenden Punkt der flächigen Lichtquelle das Licht in demselben definierten Raumwinkel senkrecht oder in einer gewünschten mittleren Neigung zur Fläche der Lichtquelle ausgeht, wobei dieser definierte Raumwinkel je nach Ausführung beispielsweise zwischen ± 10° bis ±80° beträgt;It may be characterized in that it has a user-definable spatial light emission and light color distribution in the sense that the light source according to the invention emits its light depending on the design: that, for example, from each light emitting point of the planar light source, the light emanates in the same defined solid angle perpendicularly or at a desired mean inclination to the surface of the light source, this defined solid angle depending on the embodiment, for example, between ± 10 ° to ± 80 °;
dass beispielsweise von den lichtabstrahlenden Punkten der flächigen Lichtquelle das Licht in unterschiedlichen definierten Raumwinkeln und Verteilungen ausgeht;that the light emanates, for example, from the light-emitting points of the planar light source in different defined solid angles and distributions;
dass beispielsweise das Licht in einer oder mehreren gewünschten Farbe (n) nicht gleichmässig über die flächige Lichtquelle abgestrahlt wird, sondern ein bestimmtes definiertes Muster, wie beispielsweise ein Folge von Buchstaben, bildet;that, for example, the light in one or more desired color (s) is not uniformly radiated across the areal light source, but forms a particular defined pattern, such as a string of letters;
dass beispielsweise das Licht die Lichtquelle durch die seitlichen Begrenzungen der Lichtquelle und/oder durch die obere Fläche im Wesentlichen in lateraler Richtung in einem definierten Raumwinkel verlässt;that, for example, the light leaves the light source through the lateral boundaries of the light source and / or through the upper surface substantially in the lateral direction in a defined solid angle;
dass beispielsweise das Licht die Lichtquelle nicht nur auf einer der flächigen Seiten verlässt, sondern in gleicher oder unterschiedlicher Lichtverteilung zu beiden flächigen Seiten und/oder allenfalls zusätzlich aus den seitlichen Flächen der Lichtquelle austritt.that, for example, the light leaves the light source not only on one of the two-dimensional sides, but also exits in the same or different light distribution to both flat sides and / or possibly additionally from the lateral surfaces of the light source.
In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 besitzt das Basiselement 1 kanalartige Vertiefungen 4, welche wie geschildert verschieden Zwecken dienen können. Das Baisiselement ist aber im wesentlichen einstückig. Stattdessen kann das Basiselement auch in Teilelemente zerfallen, wie anhand von Fig. 2b gezeigt. Es kann also entlang von beispielsweise gerade und netzartig verlaufenden Trennungslinien getrennt sein. Die einzelnen Teilelemente können jeweils mehrere Durchgangslöcher für je eine LEDs und je nach Bedarf wie erläutert noch Führungslöcher aufweisen.In the embodiment according to FIG. 1, the base element 1 has channel-like recesses 4 which, as described, can serve different purposes. The Baisiselement is but essentially one piece. Instead, the base element can also decay into subelements, as shown with reference to FIG. 2b. It can therefore be separated along, for example, straight and web-like dividing lines. The individual sub-elements can each have several Through holes for one LED and as required as explained still have guide holes.
In Figur 8 ist - sehr schematisch - eine Draufsicht auf eine Ausführungsform gezeichnet, in welcher jedes Teilelement 87 genau ein Durchgangsloch 82 für eine LED 86 aufweist. Die Trennungslinien 88 verlaufen netz- bzw. gitterartig und zertrennen das Basiselement 81 in die Teilinseln.In Figure 8 is - very schematically - drawn a plan view of an embodiment in which each sub-element 87 has exactly one through hole 82 for an LED 86. The dividing lines 88 extend in a network or grid-like manner and separate the base element 81 into the sub-islands.
Die LEDs werden gegen Feuchtigkeit und Umwelteinflüsse durch das transparente Masse der vorstehend beschriebenen Art geschützt, wobei dieses erst nach dem Aufbringen der Teilelemente 87 auf das Basiselement 81 eingebracht wird.The LEDs are protected against moisture and environmental influences by the transparent mass of the type described above, which is introduced only after the application of the partial elements 87 on the base member 81.
Beim Nachträglichen Zertrennen muss das Gesamtpaneel lediglich entlang schon vorhandener Trennungslinien 88 im Basiselement aufgeteilt werden. Unter Umständen muss dabei nur noch das Trägerelement geteilt werden.In the case of subsequent dicing, the entire panel merely has to be divided along already existing dividing lines 88 in the base element. Under certain circumstances, only the support element must be shared.
Eine auf dem , Teilelement' -Prinzip beruhende Lichtquelle besitzt also eine Mehrzahl von ungehäusten elektrolumineszentn Elementen auf einem diese tragenden Träger sowie ein druckfestes, eine Oberfläche definierendes Basiselement, das in tragenden Zonen so mit dem Träger mechanisch verbunden ist, dass Druck auf die Oberfläche vom Basiselement auf den Träger abgeleitet wird, wobei die tragenden Zonen im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Lichtquelle verteilt sind, wobei das Basiselement aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter Teilelemente besteht, welche je mindestens einem elektrolumineszenten Element beigeordnet sind, und wobei Träger und Basiselement zusammen eine druckfeste, plattenartige Einheit einer Gesamtdicke von 1 cm oder weniger bilden. Nebst den hier beschriebenen Ausführungsformen gibt es noch unzählige andere Arten, gemäss denen die Erfindung realisiert werden kann. Beispielsweise kann das Basiselement als mindestens teilweise transparenter, mit dem Träger vergossener Körper ausgebildet sein, wobei sich die tragenden Zonen dann - mit Ausnahme der lichterzeugenden Elemente und eventuell des Randes - über die ganze Fläche des Trägers erstrecken. Diese Ausführungsform hat allerdings den recht gewichtigen Nachteil, dass die thermische Ausdehnung des Basiselements hochpräzis auf diejenige des Träger abgestimmt werden muss, da sonst Scherkräfte auf die lichterzeugenden Elemente wirken.A based on the 'sub-element' principle light source thus has a plurality of unhoused elektrolumineszentn elements on a support carrying them and a pressure-resistant, surface defining a base member which is mechanically connected in bearing zones with the carrier that pressure on the surface of Base element is derived on the support, wherein the supporting zones are distributed over substantially the entire surface of the light source, wherein the base element consists of a number of juxtaposed sub-elements, which are each associated with at least one electroluminescent element, and wherein carrier and base element together a pressure-resistant plate-like unit of total thickness of 1 cm or less. In addition to the embodiments described here, there are innumerable other ways in which the invention can be realized. For example, the base member may be formed as an at least partially transparent body molded with the carrier, with the supporting zones then extending over the entire surface of the carrier, with the exception of the light-generating elements and possibly the rim. However, this embodiment has the rather important disadvantage that the thermal expansion of the base element must be matched with high precision to that of the carrier, since otherwise shear forces act on the light-generating elements.
Im Übrigen kann die erfindungsgemässe Lichtquelle mit weiteren, eine ergänzende Funktionalität aufweisenden Modulen kombiniert werden, beispielsweise mit Modulen, die die Kühlung optimieren. Es sei hier auf die schweizerische Patentanmeldung 584/03 der Anmelderin verwiesen. Insbesondere die in dieser Anmeldung beschriebenen Ansätze zur passiven oder auch aktiven Kühlung mittels geführter Konvektion sind je nach Anwendung geeignet, in Kombination mit den hier beschriebenen Ansätzen verwendet zu werden. Incidentally, the light source according to the invention can be combined with further modules having complementary functionality, for example with modules which optimize the cooling. Reference is here made to the applicant's Swiss patent application 584/03. In particular, the approaches to passive or active cooling by means of guided convection described in this application are suitable, depending on the application, to be used in combination with the approaches described here.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Lichtquelle mit einer Mehrzahl von lichterzeugenden Elementen (6, 26, 36, 46, 56, 66, 16, 86) und einem die lichterzeugenden Elemente tragenden Träger (5, 25, 35a-c, 45, 55, 65, 75), aufweisend ein druckfestes, eine Oberfläche definierendes Basiselement (1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81), das in tragendenA light source having a plurality of light-generating elements (6, 26, 36, 46, 56, 66, 16, 86) and a support (5, 25, 35a-c, 45, 55, 65, 75) carrying the light-generating elements comprising a pressure-resistant, surface-defining base member (1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81) which is in supporting
Zonen so mit dem Träger mechanisch verbunden ist, dass Druck auf die Oberfläche vom Basiselement auf den Träger abgeleitet wird, wobei die tragenden Zonen im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Lichtquelle verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die lichterzeugenden Elemente ungehäuste elektrolumineszente Elemente sind und dass Träger undZones is mechanically connected to the carrier, that pressure is transferred to the surface of the base member on the support, wherein the supporting zones are distributed over substantially the entire surface of the light source, characterized in that the light-generating elements are unhumed electroluminescent elements and that Carrier and
Basiselement zusammen eine druckfeste, plattenartige Einheit einer Gesamtdicke von 1 cm oder weniger bilden.Base element together form a pressure-resistant, plate-like unit of a total thickness of 1 cm or less.
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement plattenartig ist und eine Mehrzahl von Löchern (2, 32a-b, 42a-b, 52, 62, 82) aufweist, die das Basiselement durchdringen, wobei die Löcher so angeordnet sind, dass ihre Lage der Anordnung der lichterzeugenden Elemente entspricht.2. Light source according to claim 1, characterized in that the base member is plate-like and a plurality of holes (2, 32a-b, 42a-b, 52, 62, 82) which penetrate the base member, wherein the holes are arranged in that its position corresponds to the arrangement of the light-generating elements.
3. Lichtquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher mit mindestens teilweise transparentem Material gefüllt sind, welches vorzugsweise in direktem Kontakt mit den lichterzeugenden Elementen ist.3. Light source according to claim 2, characterized in that the holes are filled with at least partially transparent material, which is preferably in direct contact with the light-generating elements.
4. Lichtquelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Basiselementes, die Ausprägung der Löcher und ggf. der Brechungsindex von in den Löchern befindlichem, mindestens teilweise transparentem Material so gewählt sind, dass der Raumwinkel-Bereich, in welchem um eine zentrale Austrittsrichtung herum Licht emittiert wird, höchstens ± 30°, vorzugsweise höchstens ±20° und bspw. höchstens ± 10° beträgt.4. Light source according to claim 2 or 3, characterized in that the thickness of the base element, the expression of the holes and optionally the refractive index of befindlichem in the holes, at least partially transparent material are selected so that the solid angle range in which order a central Outlet direction around light is emitted, at most ± 30 °, preferably at most ± 20 ° and, for example, at most ± 10 °.
Lichtquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Löcher verspiegelte Lochwandungen aufweisen.Light source according to one of claims 2 to 4, characterized in that the holes have mirrored hole walls.
Lichtquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochwandungen mindestens teilweise parabolspiegelartig verlaufen.Light source according to claim 5, characterized in that the hole walls extend at least partially parabolspiegelartig.
7. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 10 Löcher pro cm vorhanden sind, an deren Lage ein lichterzeugendes Element anbringbar ist.7. Light source according to one of claims 2 to 6, characterized in that there are at least 10 holes per cm, to the position of which a light-generating element can be attached.
8. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Dicke 7 mm, vorzugsweise 5 mm nicht überschreitet und beispielsweise kleiner als 3 mm oder kleiner als 2 mm ist, so dass sie auf einer Oberfläche aufgebracht kein wesentliches Hindernis für über sie hinwegrollende Räder ist und keine Stolpergefahr oder Verletzungsgefahr erzeugt.8. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that its thickness does not exceed 7 mm, preferably 5 mm and, for example, less than 3 mm or less than 2 mm, so that they applied to a surface no major obstacle to rolling over them Wheels is generated and no risk of tripping or injury.
Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Druckbelastungen von mindestens 30 N/ mm ohne wesentliche plastische oder elastische Deformationen aushält.Light source according to one of the preceding claims, characterized in that it can withstand pressure loads of at least 30 N / mm without significant plastic or elastic deformations.
10. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Zonen so verteilt sind, dass einwirkender Druck auch abgeleitet wird, wenn er auf einer lokalen Fläche von 1 cm2 oder weniger einwirkt.10. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting zones are distributed so that acting Pressure is also dissipated when acting on a local area of 1 cm 2 or less.
11. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Zonen mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 70% der Fläche der Lichtquelle einnehmen.11. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting zones occupy at least 50%, preferably at least 70% of the surface of the light source.
12. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Träger und Basiselement Hilfsflächen (3a, 3b, 23) aufweisen, welche mit oder ohne zusätzliche Hilfselemente Träger und Basiselement in der richtigen Relativlage fixieren.12. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that carrier and base element auxiliary surfaces (3a, 3b, 23) which fix with or without additional auxiliary elements carrier and base element in the correct relative position.
13. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement eine Mehrzahl von seitlich aneinander angrenzenden Teilelementen (27, 87) aufweist.13. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that the base element has a plurality of laterally adjacent sub-elements (27, 87).
14. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger an seiner Ober- und Unterseite je über seine gesamte Ausdehnung reichende metallische Flächen aufweist, welche zur elektrischen Kontaktierung geeignet sind.14. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier has on its top and bottom depending over its entire extent reaching metallic surfaces, which are suitable for electrical contacting.
15. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein optisch wirksames Zusatzelement (57, 67).15. Light source according to one of the preceding claims, characterized by an optically active additional element (57, 67).
16. Lichtquelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement lichtumlenkend wirkt. 16. Light source according to claim 15, characterized in that the additional element acts lichtumlenkend.
17. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Stromversorgungsmittel der lichterzeugenden Elemente mindestens teilweise flächig und so ausgebildet sind, dass lokale, örtlich begrenzte Zerstörungen niemals grossflächige Lichtausfälle herbeiführen können.17. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that power supply means of the light-generating elements are at least partially planar and formed so that local, localized destruction can never cause large-scale light failures.
18. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie entlang definierter Linien (4) verbiegbar ist, ohne dass die Funktionsfähigkeit beeinträchtigt wäre.18. Light source according to one of the preceding claims, characterized in that it is bendable along defined lines (4), without the functionality would be impaired.
19. Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Solltrennlinien (4), entlang welcher sie nachträglich in für sich funktionsfähige19. Light source according to one of the preceding claims, characterized by predetermined separating lines (4), along which they subsequently work in their own right
Untereinheiten zertrennbar ist.Subunits is separable.
20. Verfahren zum Herstellen einer Lichtquelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Basiselement hergestellt und der Träger mit den lichterzeugenden Elementen versehen und anschliessend in den Bereichen der tragenden Zonen mit dem Basiselement mechanisch verbunden wird.20. A method for producing a light source according to any one of the preceding claims, wherein the base member prepared and the carrier provided with the light-generating elements and is then mechanically connected in the areas of the bearing zones with the base member.
21. Lichtquelle mit einer Mehrzahl von lichterzeugenden Elementen (6, 26, 36, 46, 56, 66, 76) und einem die lichterzeugenden Elemente tragenden Träger (5, 25, 35a-c, 45, 55, 65, 75), aufweisend ein druckfestes, eine Oberfläche definierendes Basiselement (1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81) aus einem oder mehreren nebeneinander angeordneten Teilelementen (27, 87), welche je einem oder mehreren lichterzeugenden Elementen zugeordnet sind, wobei das Basiselement in tragenden Zonen so mit dem Träger mechanisch verbunden ist, dass Druck auf die Oberfläche vom Basiselement auf den Träger abgeleitet wird, und wobei die tragenden Zonen im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Lichtquelle verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die lichterzeugenden Elemente ungehäuste elektrolumineszente Elemente sind und dass Träger und Basiselement zusammen eine druckfeste, plattenartige Einheit einer Gesamtdicke von 1 cm oder weniger bilden. A light source having a plurality of light-generating elements (6, 26, 36, 46, 56, 66, 76) and a support (5, 25, 35a-c, 45, 55, 65, 75) carrying the light-generating elements a pressure-resistant, a surface defining base member (1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81) of one or more juxtaposed sub-elements (27, 87), which are each associated with one or more light-emitting elements, wherein the base element in bearing zones is mechanically connected to the carrier, that pressure on the surface derived from the base member to the carrier is, and wherein the supporting zones are distributed over substantially the entire surface of the light source, characterized in that the light-generating elements are unhumed electroluminescent elements and that carrier and base element together form a pressure-resistant, plate-like unit of a total thickness of 1 cm or less.
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