Verfahren zur Herstellung der Lichtquelle

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode oder Laserdiode für eine Beleuchtungseinrichtung eines Fahrzeugs, und ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle, mit einer lichtemittierenden Oberfläche, über die bei Betrieb der Lichtquelle Licht emittierbar ist, und aufweisend einen Optikkörper aus transparentem Material, in dem das über die Oberfläche emittierte Licht einstrahlbar ist, und wobei der Optikkörper mittels eines Urformverfahrens an wenigstens eine an der Lichtquelle ausgebildete Oberfläche angegossen ist.

STAND DER TECHNIK

Beispielsweise offenbart die EP 1 934 517 P1 eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode mit einer lichtemittierenden Oberfläche eines Leuchtdiodenchips, der einen Halbleiterkörper bildet. Unmittelbar über dem Leuchtdiodenchip ist ein Optikkörper zur Bildung einer Primäroptik nachgeordnet. Wird die Lichtquelle in Betrieb genommen, so emittiert der Leuchtdiodenchip über die lichtemittierende Oberfläche Licht, das direkt in den Optikkörper einstrahlt. Der Optikkörper wird dabei mittels eines Spritzgussverfahrens auf die Lichtquelle aufgespritzt, so dass der Optikkörper beispielsweise auf dem Halbleiterkörper und auf dem Grundkörper der Lichtquelle aufsitzt. Der Optikkörper besteht beispielsweise aus Silikon, das transparent ist und auftretenden Temperaturen standhalten kann. Die Lichtquelle in Form der Leuchtdiode ist als Teil eines Kfz- Scheinwerfermoduls offenbart. In jüngerer Zeit kommen auch für die Umsetzung der Hauptlichtfunktion wie Abblendlicht und Fernlicht Halbleiterlichtquellen zum Einsatz.

Die DE 10 201 1 107 892 A1 offenbart eine Leuchtdiode mit einem Grundkörper, mit einem Halbleiterkörper und eine an dem Halbleiterkörper ausgebildete lichtemittierende Oberfläche, über die im Betrieb der Leuchtdiode Licht emittiert werden kann. Die Ausführungsbeispiele zeigen die Aufbringung eines transparenten Optikkörpers aus Silikon auf einen Grundkörper der Lichtquelle. Die Technologie der Aufbringung der sogenannten Beschichtung aus Silikon macht deutlich, dass ein unmittelbarer Festkörperkontakt zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und dem lichttransparenten Optikkörper besteht, da die optoelektronischen Komponenten in das Silikon eingetaucht werden, bevor dieses aushärtet und vernetzt. Folglich emittiert das Licht über die Oberfläche des Halbleiterkörpers unmittelbar in den Optikkörper aus Silikon hinein.

Die Optikkörper können gemäß der EP 2 075 856 A2 auch in einem Spritzgussverfahren hergestellt und anschließend an den Grundkörper und/oder den Halbleiterkörper angekoppelt werden. Dabei wird ein Hohlraum zwischen dem Optikkörper und der lichtemittierenden Oberfläche geschaffen, allerdings können die Vorteile eines Angie- ßens des Optikkörpers an wenigstens eine Oberfläche der Lichtquelle nicht mehr genutzt werden.

Neben der dargestellten Technologie zur Aufbringung des Optikkörpers auf die lichtemittierende Oberfläche sind im allgemeinen Spritzgussverfahren zur Herstellung des Optikkörpers verbreitet. Durch den damit angewendeten Urformprozess entsteht im Allgemeinen eine unmittelbare Kontaktierung des Optikkörpers aus Silikon mit der lichtemittierenden Oberfläche des Halbleiterkörpers beziehungsweise einer auf dem Halbleiterkörper aufgebrachten Emissions- bzw. Konverterschicht, insbesondere Phosphorschicht.

Die DE 103 57 818 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode mit einer lichtemittierenden Oberfläche, über die bei Betrieb der Lichtquelle Licht emittierbar ist. Weiterhin weist die Lichtquelle einen Optikkörper aus transparentem Material auf, in den das über die Oberfläche emittierte Licht einstrahlbar ist. Der Optikkörper wird direkt an eine Oberfläche der Lichtquelle angespritzt, sodass eine direkte stoffliche Verbindung zwischen dem Optikkörper und der lichtemittierenden Oberfläche gebildet wird.

Aufgrund des höheren Brechungsindex des lichttransparenten Optikkörpers, beispielsweise ausgebildet aus einem Thermoplasten oder ausgebildet aus Silikon, zur Bildung der sogenannten Primärpotik im Vergleich zu Luft verändert sich das Spekt- rum der ausgekoppelten Strahlung der Lichtquelle, insbesondere der Leuchtdiode. Dadurch entsteht ein Farbshift, welcher bei der Auslegung der Lichtquelle einkalkuliert und gegebenenfalls kompensiert werden muss. Zur eigentlichen Formung des Lichts steht lediglich die refraktive Grenzfläche der Außenseite des Optikkörpers zur Verfügung, über die das Licht aus dem Optikkörper wieder ausgekoppelt wird. Beim Einsatz derartiger Lichtquellen in Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen werden üblicherweise Sekundäroptiken verwendet, in die das Licht einstrahlt, das über die refraktive Grenzfläche des Optikkörpers ausgekoppelt wurde. Mit der Sekundäroptik erfolgt die eigentliche Strahlformung, wobei die Primäroptik im Allgemeinen die Aufgabe erfüllt, einen definierten Licht-Abstrahlbereich zu schaffen, der kleiner ist als eine Halbkugel.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung einer Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode oder Laserdiode, bei der der zuvor beschriebene Farbshift möglichst nicht entsteht, so dass eine Einkalkulierung und Kompensation eines Farbshifts nicht erforderlich ist. Insbesondere soll die Anordnung des Optikkörpers mittels eines Gießverfahrens, vorzugsweise eines Spritzgussverfahrens beibehalten werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Lichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und dem Optikkörper ein Spalt ausgebildet ist.

Durch die Bildung eines Spalts zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und dem Optikkörper wird eine unmittelbare Einkopplung des Lichts von der lichtemittierenden Oberfläche in das Material des Optikkörpers erfindungsgemäß verhindert. Der Optikkörper weist vorzugsweise Silikon auf, das transparente Material kann jedoch auch andere, alternative Werkstoffe umfassen, beispielsweise einen Thermoplasten. Durch die Auskopplung des Lichts über die lichtemittierende Oberfläche in einen durch den Spalt gebildeten Hohlraum entsteht folglich kein Farbshift. Aus dem Hohlraum heraus, beispielsweise gefüllt mit Luft, erfolgt die Einkopplung des Lichts in den Optikkörper über eine erste refraktive Grenzfläche, und nach Durchlauf des Lichts durch den Optikkörper erfolgt die Auskopplung des Lichts aus dem Optikkörper über eine zweite refraktive Grenzfläche. Beide refraktiven Grenzflächen sind am Optikkörper ausgebildet. Erfindungsgemäß können dabei die Vorteile eines Spritzgussverfahrens weiterhin genutzt werden, insbesondere betreffend das einfache stoffschlüssige Verbinden des Optikkörpers mit dem Körper der Lichtquelle und die kostengünstige und reproduzierbare Herstellung.

Der Hohlraum, der durch den Spalt zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und dem Optikkörper gebildet wird, weist eine Grundfläche auf, die im Wesentlichen durch die lichtemittierende Oberfläche bestimmt und/oder begrenzt ist. Insbesondere kann der Optikkörper aus Silikon ausgebildet sein und es kann weiterführend vorgesehen sein, dass die Leuchtdiode einen Grundkörper und insbesondere einen Halbleiterköper aufweist, wobei die Oberfläche zum Anguss des Optikkörpers vorzugsweise am Grundkörper und/oder am Halbleiterköper ausgebildet ist. Die Oberfläche zum Anguss des Optikkörpers kann dabei mit besonderem Vorteil die lichtemittierende Oberfläche auf der Abstrahlseite der Lichtquelle umschließen, sodass der Hohlraum geschlossen ausgebildet wird.

Das Silikon zur Bildung des Optikkörpers kann mit besonderem Vorteil an den Grundkörper und/oder an den Halbleiterkörper mittels eines Spritzgussverfahrens unter Verwendung eines Spritzgussverfahrens angespritzt werden. Folglich muss nicht auf die Vorteile bei der Verwendung eines Spritzgussverfahrens verzichtet werden, wobei erfindungsgemäß Maßnahmen getroffen werden müssen, um eine unmittelbare An- haftung des Silikonmaterials des Optikkörpers an der lichtemittierenden Oberfläche zu verhindern. Diese Maßnahmen werden nachstehend in Verbindung mit dem Verfahren zur Herstellung der Lichtquelle näher beschrieben. Die lichtemittierende Oberfläche weist dabei insbesondere eine siloxan-phobe Schicht bzw. Eigenschaft auf, beispielsweise erzeugt mittels eines aufgebrachten Additivs, vorzugsweise eines Antiadhäsivs. Die Erfindung richtet sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode oder Laserdiode, mit einer lichtemittierenden Oberfläche, über die bei Betrieb der Lichtquelle Licht emittierbar ist, und aufweisend einen Optikkörper aus transparentem Material, in den das über die Oberfläche emittierte Licht einstrahlbar ist, wobei das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Grundkörpers und/oder eines Halbleiterkörpers, an dem wenigstens mittelbar die lichtemittierende Oberfläche ausgebildet ist, Bildung einer Haftverhinderung des transparenten Materials einer lichtemittierenden Oberfläche und Angießen des transparenten Materials an den Grundkörper und/oder an den Halbleiterkörper mittels eines Gießverfahrens zur Bildung des Optikkörpers unter Ausbildung eines Spalts zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und dem Optikkörper.

Die Bildung der Haftverhinderung kann mit Vorteil durch Aufbringen eines Additivs, insbesondere einer Siloxan-phoben-Schicht, auf die lichtemittierende Oberfläche erzeugt werden. Auch ist es denkbar, die Bildung der Haftverhinderung mittels einer Bestrahlung zur Deaktivierung der lichtemittierenden Oberfläche zu erzeugen.

Bei der Umsetzung der Haftverhinderung kann beispielsweise eine Maskierung der lichtemittierenden Oberfläche erfolgen, so dass die Deaktivierung der Oberfläche beispielsweise durch das Aufbringen des Additivs genau an der Stelle der lichtemittierenden Fläche erfolgt, so dass bei einem Anspritzen des Silikons an den Grundkörper und/oder an den Halbleiterkörper eine hinreichend große Kontaktfläche zur stoffflüssigen Verbindung des Silikons mit dem Grundkörper oder dem Halbleiterkörper erzeugt wird. Mittels des Additivs wird in gewisser Weise die gegenteilige Wirkung eines Haftvermittlers erzeugt, so dass eine Anhaftung des Silikons an der lichtemittierenden Oberfläche wirksam verhindert ist. Dabei genügt ein Spalt von wenigen Mikrometern, so dass der gebildete Hohlraum entsprechend klein beziehungsweise flach ausgebildet werden kann. Bei der Deaktivierung der lichtemittierenden Oberfläche mittels der Bestrahlung erfolgt eine Eigenschaftsveränderung der Oberfläche, die damit inert gegen einen Stoffschluss mit dem Optikkörper, also insbesondere mit dem Silikon, ist. Bei der Ausgestaltung der Oberfläche zum Anspritzen des Optikkörpers muss beachtet werden, dass mechanische Hinterschneidungen verhindert werde. Außerdem sollte die Viskosität des Silikons nicht zu niedrig gewählt werden.

Durch den gebildeten Spalt wird folglich ein geschlossener Hohlraum zwischen der lichtemittierenden Oberfläche und dem Optikkörper gebildet, so dass eine zusätzliche refraktive Grenzfläche am Optikkörper entsteht und eine zusätzliche Brechung des Lichts erfolgen kann. Im vorliegenden Anwendungsfall zur Bildung der erfindungsgemäßen Lichtquelle entsteht eine Steigerung des Beleuchtungsstärkemaximums des Scheinwerfers mit einer solchen Lichtquelle bei nahezu identischem Leuchtenwirkungsgrad.

Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass ein unmittelbares Umgebungsmedium der Lichtquelle Luft bleibt, welche den Brechungsindex n=1 aufweist. Dadurch bleibt eine Änderung des Emissionsspektrums des Halbleiterkörpers beziehungsweise der Emissionsschicht aus, was vorstehend als Farbshift bezeichnet wurde. Dementsprechend muss keine Anpassung der Lichtfarbe seitens der Lichtquelle, beispielsweise durch Modifikation des Konvertermaterials der Emissionsschicht, erfolgen.

Die Relativposition zwischen der Lichtquelle und der Primäroptik wird durch den Ur- formprozess festgelegt und fixiert, wobei der Urformprozess mit besonderem Vorteil einen Spritzgussschritt umfasst, wobei auch drucklose Gießverfahren angewandt werden können. So resultiert die Möglichkeit einer toleranzarmen und reproduzierbaren Herstellung einer Lichtquelle samt der Primäroptik, gebildet durch den Optikkörper. Weiterhin besteht die Möglichkeit der simplen Qualitätskontrolle mittels einer Kameraaufnahme unter bestimmtem Winkel, unter dem das Umgebungslicht an der Grenzfläche Silikon-Luftspalt total reflektiert würde.

BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachtstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Lichtquelle mit den erfindungsgemäßen Merkmalen im Querschnitt und

Fig. 2 die Lichtquelle gemäß Fig. 1 in Anordnung vor einer Sekundäroptik, wobei das Licht entlang einer Lichthauptachse dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt in einer quergeschnittenen Darstellung eine Lichtquelle 1 in Form einer Leuchtdiode. Die Lichtquelle 1 weist einen Grundkörper 14 auf, auf dem ein Halbleiterkörper 15, beispielsweise aufweisend eine Leiterplatte, einen Halbleiteremitter, eine Kontaktierung und eine zumindest teilweise Kunststoffumspritzung, aufgebracht ist. Eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 15 ist nicht näher gezeigt. Diese kann z. B. über den Grundkörper 14 erfolgen. Auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 15 ist eine Emissionsschicht 1 6 aufgebracht, die beispielsweise ein Phosphormaterial enthält, um ein gewünschtes Emissionsspektrum der Lichtquelle 1 zu erzielen. Mit der freien Oberfläche der Emissionsschicht 1 6 wird eine lichtemittierende Oberfläche 10 gebildet, über die im Betrieb der Lichtquelle 1 Licht emittierbar ist.

Auf der lichtemittierenden Seite der Lichtquelle 1 ist ein Optikkörper 12 angeordnet, der ein Silikonmaterial umfasst. Der Optikkörper 12 ist mittels eines Spritzgussverfahrens an einer Vorderseite des Grundkörpers 14 und seitlich am Halbleiterkörper 15 angespritzt. Der Optikkörper 12 haftet dabei nicht an der lichtemittierenden Oberfläche 10 an, so dass ein Spalt 13 gebildet ist. Der Spalt 13 ist in Fig. 1 zur Veranschaulichung derart gezeigt, dass dieser mit einem gebildeten Hohlraum 20 erkennbar ist. Der Spalt 13 kann jedoch auch nur wenige Mikrometer groß sein, so dass die Darstellung den Spalt 13 nicht maßstäblich wiedergibt.

Wird die Lichtquelle 1 in Betrieb genommen und wird Licht über die lichtemittierende Oberfläche 10 der Emissionsschicht 16 emittiert, so tritt das Licht zunächst in den Spalt 13 ein, der beispielsweise mit Luft oder einem sonstige Gas gefüllt ist. Die Füllung des mit dem Spalt 13 gebildeten Hohlraums 20 weist einen Brechungsindex von beispielsweise etwa 1 auf, so dass kein Farbshift durch eine direkte Einkopplung in den Optikkörper 12 erfolgt. Nach Durchlauf des Spalts 13 tritt das Licht in den Optikkörper 12 ein und tritt auf der freien Oberfläche des Optikkörpers 12 wieder aus.

Fig. 2 zeigt die Lichtquelle 1 mit dem Grundkörper 14, dem Halbleiterkörper 15 und mit der lichtemittierenden Oberfläche 10 an der Emissionsschicht 1 6, wobei über der Emissionsschicht 1 6 der Optikkörper 12 angeordnet ist. Nach Durchlauf des Lichts 1 1 durch den Spalt 13 tritt dieses über die erste refraktive Grenzfläche 19a in den Optikkörper 12 ein und über die zweite, gegenüberliegende refraktive Grenzfläche 19b tritt das Licht 1 1 wieder aus dem Optikkörper 12 aus. Beispielhaft ist eine Sekundäroptik 18 gezeigt, die das Licht 1 1 weiterhin durchwandert, um sich schließlich mit einer entsprechenden Stahlformung in der Lichthauptachse 17 auszubreiten.

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 Gebraucht macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

I Lichtquelle

10 lichtemittierende Oberfläche

I I Licht

12 Optikkörper

13 Spalt

14 Grundkörper

15 Halbleiterkörper

1 6 Emissionsschicht

17 Lichthauptachse

18 Sekundäroptik

19a erste refraktive Grenzfläche

19b zweite refraktive Grenzfläche

20 Hohlraum