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Title:
LIGHT MODULE HAVING AT LEAST ONE SEMICONDUCTOR LIGHT SOURCE AND HAVING AT LEAST ONE OPTICAL ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/024640
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a light module (1), having at least one semiconductor light source (10) and having at least one optical element (11), and to a method for producing a light module (1), the optical element being arranged in front of a light-emitting surface (12) of the semiconductor light source (10), wherein the optical element (11) has an input surface (13), which is arranged at least indirectly on the light-emitting surface (12). According to the invention, the input surface (13) is integrally joined to an adjacent surface (14, 15) on or in front of the semiconductor light source (10) by means of a bonding process.

Inventors:
FISCHER, Günther (Marblicksweg 37, Lippstadt, 59555, DE)
FLEGER, Markus (Zum Bornekamp 7, Unna, 59423, DE)
MAUCHER, Tilman (Qualenbrink 16, Lippstadt, 59555, DE)
SCHÄFER, Heinrich (Häholdstraße 10, Geseke, 59590, DE)
Application Number:
EP2017/069218
Publication Date:
February 08, 2018
Filing Date:
July 28, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HELLA GMBH & CO. KGAA (Rixbecker Straße 75, Lippstadt, 59552, DE)
International Classes:
H01L33/58; H01L33/00; H01L33/54
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Claims:
Lichtmodul mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle und mit wenigstens einem Optikkörper

Patentansprüche

1 . Lichtmodul (1 ) mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle (10)

und mit wenigstens einem Optikkörper (1 1 ), der vor einer lichtemittierenden Oberfläche (12) der Halbleiterlichtquelle (10) angeordnet ist, wobei der Optikkörper (1 1 ) eine Einkoppelfläche (13) aufweist, die an der lichtemittierenden Oberfläche (12) wenigstens mittelbar angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelfläche (13) an eine angrenzende Oberfläche (14, 15) an oder vor der Halbleiterlichtquelle (10) mittels eines Bondprozesses stoffschlüssig angebunden ist.

2. Lichtmodul (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die angrenzende Oberfläche (14) durch die lichtemittierende Oberfläche (12) gebildet ist.

3. Lichtmodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Halbleiterlichtquelle (10) eine Beschichtung (1 6) aufgegossen ist oder dass auf der Halbleiterlichtquelle (10) eine Primäroptik (19) angeordnet ist, wobei die angrenzende Oberfläche (15) an der Beschichtung (16) bzw. an der Primäroptik (19) ausgebildet ist.

4. Lichtmodul (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikkörper (1 1 ) aus einem Silikonmaterial oder aus einem Glasmaterial ausgebildet ist.

5. Lichtmodul (1 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgegossene Beschichtung (1 6) bzw. die Primäroptik (19) aus einem Silikonmaterial ausgebildet ist. Lichtmodul (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Optikkörper (1 1 ) einen Einkoppelfinger (17) aufweist, wobei am freien Ende des Einkoppelfingers (17) die Einkoppelfläche (13) ausgebildet ist.

Lichtmodul (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Halbleiterlichtquellen (10) vorgesehen sind, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte (18) aufgebracht sind, und dass der Optikkörper (1 1 ) mit mehreren Einkoppelfingern (17) einteilig ausgebildet ist.

Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls (1 ) mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle (10) und mit wenigstens einem Optikkörper (1 1 ), der vor einer lichtemittierenden Oberfläche (12) der Halbleiterlichtquelle (10) angeordnet wird, wobei der Optikkörper (1 1 ) eine Einkoppelfläche (13) aufweist, die an der lichtemittierenden Oberfläche (12) angeordnet wird, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist:

- Bereitstellen der Halbleiterlichtquelle (10),

- Bereitstellen des Optikkörpers (1 1 ),

- Aktivieren wenigstens einer Oberfläche (13, 14, 15) des Optikkörpers (1 1 ) und/oder an der Halbleiterlichtquelle (10) und

- stoffschlüssiges Verbinden des Optikkörpers (1 1 ) mit einer angrenzenden Oberfläche (14, 15) an oder vor der Halbleiterlichtquelle (10) mittels eines Bondverfahrens.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Halbleiterlichtquelle eine Beschichtung (1 6) oder eine Primäroptik (19) aufgebracht wird, wobei der Optikkörper (1 1 ) mit einer Oberfläche (15) der Beschichtung (16) bzw. mit der Primäroptik (19) stoffschlüssig mittels eines Bondverfahrens verbunden wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem stoffschlüssigen Verbinden des Optikkörpers (1 1 ) mit einer angrenzenden Oberfläche (14, 15) die Einkoppelfläche (13) und/oder die angrenzende Oberfläche (14, 15) mittels eines Aktivierungsverfahrens aktiviert wird.

Description:
Lichtmodul mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle und mit wenigstens einem Optikkörper

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle und mit wenigstens einem Optikkörper, der vor einer lichtemittierenden Oberfläche der Halbleiterlichtquelle angeordnet ist, wobei der Optikkörper eine Einkoppelfläche aufweist, die an der lichtemittierenden Oberfläche wenigstens mittelbar angeordnet ist.

STAND DER TECHNIK

Die DE 10 2012 008 639 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls mit mehreren Halbleiterlichtquellen, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sind. Die Halbleiterlichtquellen weisen lichtemittierende Oberflächen auf, auf denen Optikkörper aufgebracht sind. Die Optikkörper werden in einer offenen Gießform hergestellt, indem diese von der Gießform abgegossen werden. Dabei werden die Optikkörper mit der Leiterplatte in Kontakt gebracht, sodass eine unmittelbare An- haftung der Optikkörper mit den lichtemittierenden Oberflächen der Halbleiterlichtquellen stattfindet. Zur Verbindung des Substrates mit dem Silikon dient dabei ein Haftvermittler, sodass eine stoffschlüssige Verbindung stattfinden kann.

Aus der EP 2 518 397 A2 sind Optikkörper bekannt, die jeweilige Einkoppelfinger aufweisen. Endseitig an den Einkoppelfingern befinden sich Einkoppelflächen, die mit den lichtemittierenden Oberflächen der Halbleiterelemente in Kontakt gebracht werden. Die Optikkörper mit den Einkoppelfingern sind aus einem Silikon ausgebildet, sodass sich die nachgiebigen Einkoppelflächen an die lichtemittierenden Oberflächen der Halbleiterlichtquellen angleichen können. Derartige Optikkörper werden im Allgemeinen durch mechanische Haltemittel vor den Halbleiterlichtquellen angeordnet, sodass keine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Einkoppelflächen und der lichtemittierenden Oberfläche vorliegt. Bei der Fertigung derartiger Lichtmodule spielen Toleranzen eine große Rolle, welche häufig sehr schwer einzuhalten sind und wodurch hohe Prozesskosten entstehen. Weiterhin sind Optikkörper aus Silikon stärkeren Wärmeausdehnungen unterlegen, sodass zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen, um die stärkere Ausdehnung von Optikkörpern aus Silikon im Vergleich beispielsweise einer Leiterplatte mit Halbleiterlichtquellen auszugleichen. Werden Klebesysteme verwendet, beispielsweise mit Haftvermittlern, entstehen zusätzlich notwendige Prozessschritte, wobei bei rein mechanischen Kontaktierungen der Einkoppelflächen mit den lichtemittierenden Oberflächen eine Migration von Fremdsubstanzen in den Spalt und damit in lichtrelevante Bereiche stattfinden kann.

Optikkörper mit einer Vielzahl von einzelnen Einkoppelfingern sind im Spritzgussverfahren nur bedingt herstellbar, wenn diese gewissermaßen auf die Halbleiterlichtquellen im Spritzguss aufgespritzt werden sollen. Das einfache Anspritzen solcher Optikkörper ist nicht ohne weiteres möglich, da bei mehreren in einem Array ausgebildeten Einkoppelfingern Hinterschneidungen vorhanden sind, die im Spritzguss nicht herstellbar sind. Allenfalls kann ein Optikkörper mit mehreren in einem Array angeordneten Einkoppelfingern im Spritzguss einzeln hergestellt werden, wobei die anschließend die Einkoppelflächen endseitig an Einkoppelfinger mit den Halbleiterlichtquellen in Verbindung gebracht werden müssen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Lichtmoduls, das vereinfacht hergestellt werden kann. Insbesondere sollen enge Toleranzen eingehalten werden können, die zwischen den Halbleiterlichtquellen und dem Optikkörper gefordert sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung von Migration von Fremdsubstanzen in wenigstens eine der Fügeflächen. Ferner sollen Lichtverluste durch das Einkoppeln und durch Toleranzen vermieden werden, auch Farbänderungseffekte durch Luftspalte, beispielsweise zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und den Einkoppelflächen der Optikkörper, sollen vermieden werden. Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Lichtmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Einkoppelfläche an eine angrenzende Oberfläche an oder vor der Halbleiterlichtquelle mittels eines Bondprozesses stoffschlüssig angebunden ist.

Kern der Erfindung ist die stoffschlüssige Verbindung der Einkoppelfläche mit wenigstens einer angrenzenden Oberfläche an oder vor der Halbleiterlichtquelle, ohne dass ein Verschweißen oder Verlöten Anwendung findet und ohne dass ein Klebstoff Verwendung findet. Ein Bondprozess basiert auf einer vorangegangenen Oberflächen- funktionalisierung, in dem chemisch reaktive Gruppen an der Oberfläche erzeugt werden, die unter Einfluss von Temperatur und Druck miteinander reagieren. Durch diese Reaktion entstehen zwischen den zu fügenden Oberflächen dauerhaft feste Verbindungen, wobei eine Beeinflussung der Fügepartner im Wesentlichen nicht stattfindet. Eine Bondverbindung bildet dabei insbesondere eine optisch störungsfreie Verbindung zwischen zwei Materialien, wobei die Oberflächenfunktionalisierung insbesondere eine Plasmaaktivierung oder eine sogenannte Koronabehandlung umfassen kann.

Mit besonderem Vorteil ist die angrenzende Oberfläche durch die lichtemittierende Oberfläche der Halbleiterlichtquelle selbst gebildet. Auch ist es möglich, dass auf/um die Halbleiterlichtquelle eine Beschichtung aufgegossen wird oder dass auf der Halbleiterlichtquelle eine Primäroptik angeordnet wird, wobei die angrenzende Oberfläche an der Beschichtung beziehungsweise an der Primäroptik ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen der Beschichtung und der lichtemittierenden Oberfläche und/oder der Primäroptik und der lichtemittierenden Oberfläche kann dabei auf beliebige Weise ausgestaltet sein, insbesondere kann die Beschichtung und/oder die Primäroptik an der Halbleiterquelle und damit an der lichtemittierenden Oberfläche angegossen sein, beispielsweise im Spritzguss oder im drucklosen Formenguss. Die Beschichtung kann insbesondere durchgehend auf einer Leiterplatte aufgebracht werden, sodass die Be- Schichtung mehrere beispielsweise in einem Array angeordnete Halbleiterlichtquellen und deren lichtemittierenden Oberflächen überdeckt.

Mit weiterem Vorteil ist es möglich, dass der Optikkörper aus einem Silikonmaterial oder aus einem Glasmaterial ausgebildet ist. Beide Materialien, Silikon und Glas, sind dabei bondfähig.

Auch die aufgegossene Beschichtung und/oder die Primäroptik kann oder können aus einem Silikonmaterial ausgebildet sein. Das Bonding kann damit beispielsweise erfolgen zwischen Silikon und Silikon oder zwischen Silikon und Glas.

Der Optikkörper weist beispielsweise einen oder mehrere Einkoppelfinger auf, wobei am freien Ende des Einkoppelfingers die Einkoppelfläche ausgebildet ist. Sind mehrere Halbleiterlichtquellen beispielsweise in einem Array vor- und nebeneinander angeordnet, kann der Optikkörper mehrere Einkoppelfinger aufweisen, die an die Anordnung der Halbleiterlichtquellen angepasst ist. Die Einkoppelfinger sind dabei gegenüberliegend zur Einkoppelfläche endseitig miteinander verbunden, beispielsweise durch einen sich über mehrere Halbleiterlichtquellen erstreckenden flächigen Verbindungskörper, an dem die Einkoppelfinger sich aus der Ebene des flächigen Verbindungskörpers weg erstreckend angeformt sind.

Sind mehrere Halbleiterlichtquellen vorgesehen, so können diese auf einer gemeinsamen Leiterplatte angebracht werden, wobei der Optikkörper folglich mit den mehreren Einkoppelfingern einteilig ausgebildet ist. Auf der Auskoppelseite des Optikkörpers kann sich dabei die durchgängige flächige Ausgestaltung des Optikkörpers befinden, die etwa parallel zur Leiterplatte verläuft. Zwischen Leiterplatte und dem durchgehenden Verlauf des Optikkörpers erstrecken sich die Einkoppelfinger, die endseitig mit ihren Einkoppelflächen auf die jeweiligen lichtemittierenden Oberflächen der Halbleiterlichtquelle aufsetzen.

Die Erfindung ist weiterhin gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtmoduls mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle und mit wenigstens einem Optikkörper, der vor einer lichtemittierenden Oberfläche der Halbleiterlichtquelle angeordnet wird, wobei der Optikkörper eine Einkoppelfläche aufweist, die an der lichtemittierenden Oberfläche angeordnet wird. Erfindungsgemäß weist das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte auf: Bereitstellen der Halbleiterlichtquelle, Bereitstellen des Optikkörpers, Aktivieren wenigstens einer Oberfläche des Optikkörpers und/oder an der Halbleiterlichtquelle und stoffschlüssiges Verbinden des Optikkörpers mit einer angrenzenden Oberfläche an oder vor der Halbleiterlichtquelle mittels eines Bondverfahrens.

Auf der Halbleiterlichtquelle kann zuvor eine Beschichtung oder eine Primäroptik aufgebracht werden, wobei der Optikkörper mit einer Oberfläche der Beschichtung beziehungsweise mit der Primäroptik stoffschlüssig mittels eines Bondverfahrens verbunden wird. Folglich muss die Bondverbindung nicht unmittelbar zwischen dem Optikkörper und der lichtemittierenden Oberfläche der Halbleiterlichtquelle stattfinden, da es vorteilhafterweise auch möglich ist, zunächst eine Beschichtung oder eine Primäroptik auf die Halbleiterlichtquelle aufzubringen. Die angrenzende Oberfläche wird folglich mit der Oberfläche der Beschichtung oder der Primäroptik gebildet, welche angrenzende Oberfläche schließlich mit der Einkoppelfläche des Optikkörpers im Bondverfahren stoffschlüssig verbunden wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem stoffschlüssigen Verbinden des Optikkörpers mit einer angrenzenden Oberfläche die Einkoppelfläche und/oder die angrenzende Oberfläche mittels eines Aktivierungsverfahrens aktiviert. Das Aktivierungsverfahren kann beispielsweise ein Sauerstoff- Plasma-Behandlungsverfahren oder eine Koronabehandlung umfassen. Dabei wird die zu aktivierende Oberfläche schließlich entsprechend funktionalisiert.

BEVORZUGSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls mit beispielhaft einer Halbleiterlichtquelle in Anordnung auf einer Leiterplatte, wobei eine Einkoppelfläche des Optikkörpers direkt auf der lichtemittierenden Oberfläche der Halbleiterlichtquelle stoffschlüssig im Bondverfahren aufgebracht ist,

Fig. 2 das Lichtmodul gemäß Figur 1 in einer abgewandelten Form, bei der auf der Leiterplatte und auf der lichtemittierenden Oberfläche der Halbleiterlichtquelle eine Beschichtung aufgebracht ist, und

Fig. 3 das Lichtmodul gemäß Figur 1 in einer abgewandelten Ausführungsform, bei der auf der lichtemittierenden Oberfläche der Halbleiterlichtquelle eine Primäroptik aufgebracht ist.

Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen Ausführungsvarianten eines Lichtmoduls 1 mit jeweils den Merkmalen der Erfindung. Das Lichtmodul 1 ist beispielhaft lediglich ausschnittsweise gezeigt, und die dargestellten Komponenten können in einem Array mehrfach nebeneinander und voreinander angeordnet ausgebildet sein.

Das Lichtmodul 1 weist beispielhaft gezeigt eine Halbleiterlichtquelle 10 auf, die auf einer Leiterplatte 18 angeordnet ist. Die Leiterplatte 18 ist lediglich ausschnittsweise gezeigt, und benachbart zur dargestellten Halbleiterlichtquelle 10 können weitere Halbleiterlichtquellen 10 auf der gleichen oder separaten Leiterplatten angeordnet sein.

Weiterhin dargestellt ist ein Optikkörper 1 1 mit einem Einkoppelfinger 17, wobei sich der Optikkörper 1 1 an der von der Anordnung der Halbleiterlichtquelle 10 angewandten Seite fortsetzen kann. Es können dabei weitere Einkoppelfinger 17 parallel zum dargestellten Einkoppelfinger 17 vorhanden sein, die auf weitere Halbleiterlichtquellen 10 aufsetzen. Endseitig an den Einkoppelfingern 17 befinden sich Einkoppelflächen 13, in die Licht eingekoppelt werden kann, das über die lichtemittierende Oberfläche 12 der Halbleiterlichtquelle 10 ausgesendet wird, wenn die Halbleiterlichtquelle 10 betrieben wird.

An den freien Enden der Einkoppelfinger 17, die mit der Einkoppelfläche 13 enden, befindet sich eine Zentrierung 20, um die Einkoppelfinger 17 über den lichtemittierenden Oberflächen 12 der Halbleiterlichtquelle 10 zu zentrieren. Wenn mehrere Einkoppelfinger 17 vorgesehen sind, kann die Zentrierung über eine zentrale Zentrierung erfolgen. Es kann aber auch für jeden Einkoppelfinger 17 eine Zentrierung vorgesehen sein, der den Einkoppelfinger 17 über die lichtemittierende Oberfläche 12 der jeweils zugeordneten Halbleiterlichtquelle 10 zentriert.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lichtmoduls 1 mit einer Halbleiterlichtquelle 10 aufweisend eine lichtemittierende Oberfläche 12. Die lichtemittierende Oberfläche 12 bildet eine angrenzende Oberfläche 14, die mit der Einkoppelfläche 13 des Einkoppelfingers 17 des Optikkörpers 1 1 im Bondverfahren stoffschlüssig verbunden ist. Damit erfolgt beispielhaft eine unmittelbare stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Optikkörper 1 1 und der lichtemittierenden Oberfläche 12, wobei der Optikkörper 1 1 beispielsweise aus einem Silikon oder einem Glasmaterial ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Lichtmoduls 1 , wobei über der Leiterplatte 18 und über der Halbleiterlichtquelle 10 und folglich auch über der lichtemittierenden Oberfläche 12 eine Beschichtung 1 6 aufgebracht ist. Die Beschichtung 16 umfasst beispielsweise ein Silikonmaterial. Die angrenzende Oberfläche 15 wird dabei gebildet durch die Oberfläche der Beschichtung 1 6, sodass die Einkoppelfläche 13 nicht direkt mit der lichtemittierenden Oberfläche 12 im Bondverfahren stoffschlüssig verbunden ist, jedoch bildet die Oberfläche der Beschichtung 1 6 die angrenzende Oberfläche 15 zur Verbindung des Optikkörpers 1 1 im Bondverfahren.

Figur 3 beschreibt ein Ausführungsbeispiel des Lichtmoduls 1 mit einer Halbleiterlichtquelle 10, bei der auf der lichtemittierenden Oberfläche 12 eine Primäroptik 19 angebracht ist, beispielsweise bestehend aus Silikon. Die angrenzende Oberfläche 15 wird dabei durch die Oberfläche der Primäroptik 19 gebildet, mit der die Einkoppelfläche 13 des Optikkörpers 1 1 verbunden ist.

Wenigstens einer der im Bondverfahren stoffschlüssig miteinander verbundenen Oberflächen, insbesondere also die lichtemittierende Oberfläche 12, die angrenzende Oberfläche 14 gebildet durch die lichtemittierende Oberfläche 12 oder die angrenzende Oberfläche 15 gebildet durch die Oberfläche der Beschichtung 1 6 und/oder der Primäroptik 19, werden mit einem Aktivierungsverfahren vor dem Ausführen des Bondverfahrens funktionalisiert. Durch die Funktionalisierung der Oberfläche entsteht die Möglichkeit, die Oberflächen im Bondverfahren bei erforderlicher Temperatur und einem erforderlichen Druck miteinander zu verbinden.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Lichtmodul

10 Halbleiterlichtquelle

1 1 Optikkörper

12 lichtemittierende Oberfläche

13 Einkoppelfläche

14 angrenzende Oberfläche

15 angrenzende Oberfläche

1 6 Beschichtung

17 Einkoppelfinger

18 Leiterplatte

19 Primäroptik

20 Zentrierung