DE102012007727A1 - Festkörper-Leuchtmittelanordnung sowie Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Hans-Peter Monser
Beate Hollenbach-Klesse
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Muehlbauer GmbH and Co KG
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Muehlbauer GmbH and Co KG
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    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

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Abstract

Die hier vorgestellte Festkörper-Leuchtmittelanordnung ist ausgestaltet mit einem Substrat, einer Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel, und einem Kontaktgitter, wobei jedes der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel eine erste Seitenfläche hat, die zumindest teilweise als elektrischer Kontakt und zumindest teilweise als Lichtaustritt wirkt, und wobei das Kontaktgitter eine elektrisch leitende Schicht hat, die mit der ersten Seitenfläche in elektrischem Kontakt steht, und Öffnungen hat, die so groß wie oder größer sind, als die erste Seitenfläche des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels, wobei jede der Öffnungen mit der ersten Seitenfläche des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels fluchtet, und wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg hat, der über die erste Seitenfläche des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels ragt und, dieser Steg mit dieser ersten Seitenfläche zumindest teilweise elektrisch und mechanisch verbunden ist.

Description

  • Einleitung
  • Hier wird eine Festkörper-Leuchtmittelanordnung sowie eine Vorrichtung ein und Verfahren zu deren Herstellung offenbart.
  • Hintergrund
  • Unter Festkörper-Leuchtmittelanordnungen sind hier Leuchtmittelanordnungen mit Leuchtdioden (LEDs oder „LED-Chips”), Laserdioden, oder dergl., aus Halbleitermaterial verstanden. Derartige Leuchtmittelanordnungen haben gegenüber herkömmlichen Glühlampen oder Gasentladungslampen eine längere Lebensdauer, geringeren Energieverbrauch, höhere Flexibilität, sowie einen geringeren Entsorgungs- und Wartungsaufwand. Solche Festkörper-Leuchtmittelanordnungen sind sowohl im Bereich der Außen- und Straßenbeleuchtung als auch zur Innenbeleuchtung einzusetzen.
  • Stand der Technik
  • Die DE 10 2007 008 524 A1 betrifft einen Halbleiterkörper, der einen Strahlung emittierenden Bereich und mindestens einen ersten Kontaktbereich aufweist, der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers vorgesehen ist. Dieser Bereich ist vom Strahlung emittierenden Bereich lateral beabstandet ist. Eine für die emittierte Strahlung durchlässige, elektrisch leitende erste Kontaktschicht verbindet eine Oberfläche des Halbleiterkörpers, die sich auf der Strahlungsaustrittsseite des Chips befindet, mit dem ersten Kontaktbereich. Die Oberfläche ist frei von die Strahlung absorbierenden Kontaktstrukturen. Die erste Kontaktschicht ist auf der Strahlungsaustrittsseite frei von die Strahlung absorbierenden Kontaktstrukturen. Unter Kontaktstrukturen sind hier Kontaktstege oder Bondpads verstanden. Die Oberfläche ist größtenteils von der ersten Kontaktschicht bedeckt.
  • Aus der DE 10 2010 001 974 A1 und der DE 10 2010 001 977 A1 ist ein Leuchtmittel nach Art einer Lampe bekannt, die im Wesentlichen baugleich zu Sockel und Gehäuse einer konventionellen ”Glühbirne” ist. Ein Trägersubstrat trägt hier mehrere Halbleiterelemente, die als ungehauste LED-Chips ausgelegt sind, also auf den rudimentären Chipaufbau reduziert sind. Die LED-Chips sind durch Direktverbindungsmittel mechanisch und elektrisch mit dem Trägersubstrat verbunden, indem die LED-Chips auf dem Trägersubstrat durch eine Chip-on-Board-Technologie (Baredie-Technik, Chip-and-Wire-Technik, Surfacemount-Technik oder eine Flip-Chip-Technik, also Direct Chip Attach Techniken) angeordnet sind. Alternativ kann auch Tape Automated Bonding verwendet werden, um die LED-Chips zunächst auf einem Zwischenträger vorzumontieren und dann über den Zwischenträger die endgültige Verbindung zum Trägersubstrat herzustellen. Bei der Flip-Chip-Technik werden die einzelnen LED-Chips mit dem darunterliegenden Trägersubstrat durch Lotkugeln oder leitfähige Kunststoffkugeln verbunden, welche vorab auf Kontaktflächen der LED-Chips aufgebracht werden, die sich an deren Unterseite befinden, also an der Kontaktfläche zwischen LED-Chip und dem Trägersubstrat. Diese Lot- oder Kunststoffkugeln dienen als Direktverbindungsmittel, welche eine mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem LED-Chip und dem Trägersubstrat herstellen. Die LED-Chips können auch durch sogenannte Bonddrahtbrücken auf dem Trägersubstrat angebracht sein, welche die Verbindungen zwischen Kathoden- und Anodenleitungen und den LED-Chips herstellen.
  • Die DE 10 2010 012 604 A1 offenbart eine Halbleiterlaserlichtquelle mit einem Träger mit einer Trägeroberseite und zwei an der Trägeroberseite angebrachten Halbleiterlasern. Eine optische Komponente ist einem der Halbleiterlaser in einer Abstrahlrichtung nachgeordnet. Mit einer Abdeckung sind die Halbleiterlaser und die optische Komponente in einem gemeinsamen Volumen dicht gehaust. Die optische Komponente überlagert von den Halbleiterlasern emittierte Teilstrahlen und führt sie zu einem Gesamtstrahl zusammen. Die Halbleiterlaserlichtquelle ist mechanisch und elektrisch oberflächenmontierbar. Die Halbleiterlaser sind Bonddraht-frei mit je zumindest zwei elektrischen Leiterbahnen an der Trägeroberseite elektrisch und mechanisch kontaktiert. Einer der Halbleiterlaser hat einen Halbleiterkörper, der an einer der Trägeroberseite abgewandten Hauptseite eine Oberseiten metallisierung aufweist, die sich entlang einer Längsrichtung des Halbleiterkörpers erstreckt. Die Oberseitenmetallisierung ist über eine Flankenmetallisierung mit einer der elektrischen Leiterbahnen an der Trägeroberseite leitend verbunden. Die Oberseitenmetallisierung ist über Durchkontaktierungen durch den Halbleiterkörper hindurch mit einer der elektrischen Leiterbahnen an der Trägeroberseite leitend verbunden.
  • Weiterer technologischer Hintergrund ist der US 2009 0039 376 A1 – Matsushita Electric und der EP 2 149 918 A1 – Cree Inc. zu entnehmen.
  • Heutige Leuchtdioden sind durch einen Halbleiterchip gebildet, der eine freie Lichtabstrahl-(ober-)seite hat. Auf diese Lichtabstrahlseite, welche gleichzeitig einen Anodenpol bildet, ist ein Bonddraht mit etwa 0,1 mm Durchmesser gebondet. Dieser Bonddraht reicht von einer seitlich zum Halbleiterchip befindlichen Stromzuführung zum Zentrum der Lichtabstrahlseite. Daher wird ein nennenswerter Teil des von der Lichtabstrahlseite austretenden Lichts durch den Bonddraht abgeschattet. Außerdem ist die Bondstelle durch den Bondprozess noch größer als der Durchmesser des Bonddrahts. Auch dies reduziert die Lichtausbeute aus dem Halbleiterchip.
  • Eine bonddrahtfreie Kontaktierung ist bei der Verwendung von sog. Flip-Chip-Bauteilen bekannt. Hier befinden sich die elektrischen Anschlüsse sowohl für die Anode als auch für die Kathode des Halbleiterchips auf der von der Lichtabstrahlseite abgewandten (Unter-)Seite. Eine Kontaktierung über die Lichtabstrahlseite entfällt bei dieser Bauform ganz. Diese Variante ist aber aufwendig in der Verdrahtung; außerdem sind die dafür verfügbaren Halbleiterchips nicht in gleicher Bauvielfalt und mit vergleichbaren Bauteildaten verfügbar, wie herkömmliche Leuchtdioden, bei denen ein Kontakt an der Lichtabstrahlseite und ein zweiter Kontakt an der Unterseite hergestellt wird.
  • Die zunehmende Miniaturisierung der Bauform der LED-Chips in allen drei Dimensionen erfordert neue Herangehensweisen an die Handhabung und Verschaltung der LED-Chips. Insbesondere die kostengünstige und effiziente Herstellung flächiger Festkörper-Leuchtmittelanordnungen (sog. „LED-Leuchten”) mit ausreichender Leuchtkraft zur Beleuchtung von Büro- und Industrieräumen ist ein Problem. Dabei wird z. B. eine Leuchtfläche von 60 × 60 cm2 angestrebt, in dem eine Vielzahl von miniaturisierten Lichtpunkten in einer Fläche angeordnet wird.
  • Zugrundeliegendes Problem
  • Die Aufgabe besteht darin, eine hochleistungsfähige LED-Flächenlichtquelle zu schaffen, bei der viele LEDs mit kleinen Flächenabmessungen in einem Raster angeordnet werden.
  • Vorgeschlagene Lösung
  • Hierzu wird gemäß Anspruch 1 angegeben eine Festkörper-Leuchtmittelanordnung mit einem Substrat, einer Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel, und einem Kontaktgitter, wobei jedes der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel eine erste Seitenfläche hat, die zumindest teilweise als elektrischer Kontakt und zumindest teilweise als Lichtaustritt wirkt, und wobei das Kontaktgitter eine elektrisch leitende Schicht hat, die mit der ersten Seitenfläche in elektrischem Kontakt steht, und Öffnungen hat, die so groß wie oder größer sind, als die erste Seitenfläche des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels, wobei jede der Öffnungen mit der ersten Seitenfläche des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels fluchtet, und wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg hat, der über die erste Seitenfläche des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels ragt und, dieser Steg mit dieser ersten Seitenfläche zumindest teilweise elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  • Vorteile und weitere Ausgestaltungen
  • Die im Stand der Technik verwendeten Kontaktierungsvarianten sind nicht optimal. Demgegenüber wird bei der hier vorgeschlagenen Lösung die Lichtaustrittsseite mit – im Verhältnis zur Lichtaustrittsfläche – sehr dünnen elektrisch leitenden Stegen verbunden. Die sehr dünnen Strukturen der leitenden Stege überdecken einen deutlich geringeren Teil der Vorderfläche des Festkörper-Leuchtmittels (LED) als herkömmlicher Bonddraht und Bondfleck; so erhöht sich die effektive Leuchtfläche nennenswert. Unter einem „sehr dünnen elektrisch leitenden Steg” sei hier ein Steg mit einer Breite von zum Beispiel etwa 10–50 μm verstanden, der ein Festkörper-Leuchtmittel mit einer Kantenlänge von etwa 30–300 μm kontaktiert. Die genannte Stegbreite von etwa 10–50 μm kontrastiert zu dem herkömmlichen Bonddraht mit etwa 100 μm Durchmesser.
  • Das Festkörper-Leuchtmittel kann eine von der Lichtaustrittsfläche abgewandte zweite Seitenfläche haben, die zumindest teilweise als elektrischer und/oder mechanischer Kontakt mit dem Substrat wirkt.
  • Die erste Seitenfläche kann mit dem in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg mit einem Verbindungsmittel elektrisch und mechanisch verbunden sein.
  • Das Verbindungsmittel kann ein elektrisch leitender oder elektrisch nicht-leitender Klebstoff, ein elektrisch leitendes Lot, oder ein elektrisch leitendes Elastomer sein. Wenn ein elektrisch nicht-leitender, vorzugsweise transparenter Klebstoff verwendet wird, kann in Druckkontaktierung erfolgen, welche eine elektrisch leitfähige Verbindung von Lichtaustrittsfläche und elektrisch leitendem Steg schafft.
  • Der Rand jeder Öffnung des Kontaktgitters kann mehrere Randabschnitte haben, wobei ein in die jeweilige Öffnung hineinragender Steg mit einem ersten Randabschnitt und einem zweiten Randabschnitt elektrisch und mechanisch verbunden ist. Hierdurch ist jeder Steg bei der Verarbeitung und auch später im Gebrauch stabiler mit dem Kontaktgitter verbunden. Dies erleichtert die Handhabung und die Standfestigkeit der Gesamtanordnung.
  • Zusätzlich können zur weiteren Erhöhung der Stabilität mehrere in die jeweilige Öffnung hineinragende Stege einander kreuzen, zum Beispiel oder nahe dem Zentrum der Öffnung. Mit der hier beschriebenen Technik ist es möglich, LEDs herkömmlicher Bauform, bei denen die Kontaktierung sowohl über die Vorder- als auch über die Rückseite erfolgt, bonddrahtfrei auf der Vorderseite zu kontaktieren. Damit können die LEDs ohne Bondpad konfiguriert werden, was die effektive Leuchtfläche und somit die Gesamteffektivität der LED erhöht.
  • Die für die Vorderseitenkontaktierung eingesetzte Folie dient neben der Kontaktierung auch dem Schutz des Halbleiterchips gegen negative mechanische und Umwelt-(Klima-)Einflüsse. So kann in vielen Anwendungen auf gehauste LEDs und verzichtet werden. Die Halbleiterchips können direkt auf das von der Folienbahn getragene Kontaktgitter aufgebracht (zum Beispiel geklebt und gedrückt) werden. Dies ist eine sehr kostengünstige und die Halbleiterchips kaum belastende Herstellungsweise. Darüber hinaus können eine Vielzahl von Halbleiterchips gleichzeitig mit der Folienbahn und dem Kontaktgitter verbunden werden, so dass sich auch die Herstellungszeit großflächiger Festkörper-Leuchtmittelanordnungen in annehmbaren Grenzen hält.
  • Das Kontaktgitter kann von einer thermoplastischen Folienbahn getragen sein, auf deren der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel zugewandten Seite eine Metallschicht mit einer Dicke von 100 nm bis 10 μm vorgesehen ist. Bei der Folienbahn kann es sich um eine optisch transparente Trägerfolie handeln.
  • Das Kontaktgitter kann dabei auf der thermoplastischen Folienbahn durch additive oder durch subtraktive Verfahren aufgebracht sein. Bei einem additiven Verfahren wird für das Kontaktgitter eine (Start-)Metallschicht mit der gewünschten Gitterstruktur abgeschieden, aufgedampft oder z. B. aufgesputtert. Falls die Stromtragfähigkeit der (Start-)Metallschicht nicht ausreicht, kann zusätzlich eine Verstärkungslage z. B. aufgalvanisiert werden.
  • Bei einem subtraktiven Verfahren wird für das Kontaktgitter eine flächig durchgehende (Start-)Metallschicht aufgebracht. Hieraus wird dann das Kontaktgitter mit der gewünschten Gitterstruktur durch Ätzen, Laser, oder dergl. abgetragen. Falls die Stromtragfähigkeit des so erhaltenen Kontaktgitters nicht ausreicht, kann zusätzlich eine Verstärkungslage z. B. aufgalvanisiert werden.
  • Zur Herstellung des Kontaktgitters können in die Folienbahn auch Öffnungen durch Stanzen oder durch Laserschneiden eingebracht sein, die eine an die Gestalt der Festkörper-Leuchtmittel angepasste Dimensionierung haben.
  • Das Substrat kann eine starre Platine oder eine flexible Folienbahn haben, auf deren der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel zugewandten Seite eine Kontaktierungsstruktur aus elektrischen Leiterbahnen angeordnet ist.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen eine Vorrichtung zur Herstellung einer Festkörper-Leuchtmittelanordnung mit einer Zuführeinrichtung für eine Folienbahn, die eine zumindest abschnittsweise elektrisch leitenden Schicht hat, einer Strukturiereinrichtung, um die Metallschicht mit Öffnungen zu versehen, welche wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg haben, einer Zuführeinrichtung für ein Verbindungsmittel, um auf die elektrisch leitende Schicht der Folienbahn im Bereich der in die jeweilige Öffnung hineinragenden Stege eine Portion Verbindungsmittel aufzubringen, einer Zuführeinrichtung für Festkörper-Leuchtmittel, um diese mit einer ersten Seitenfläche fluchtend zu einer jeweiligen Öffnung auf den wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg zu platzieren, und einer Verbindungseinrichtung, um eine elektrische und/oder mechanische Verbindung zwischen der ersten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und jedem vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg herzustellen.
  • Dabei kann auch eine Zuführeinrichtung für ein Substrat vorgesehen sein, auf dessen der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel zugewandten Seite eine Kontaktierungsstruktur angeordnet ist, eine Zuführeinrichtung für ein Verbindungsmittel, um auf die Kontaktierungsstruktur des Substrats oder auf eine zweite, der ersten Seitenfläche abgewandte Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels eine Portion Verbindungsmittel aufzubringen, und eine Verbindungseinrichtung, um eine elektrische und/oder mechanische Verbindung zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen.
  • Die Zuführeinrichtung für ein Verbindungsmittel kann ein Klebstoffspender für elektrisch nicht leitenden Klebstoff, elektrisch leitenden Klebstoff, elektrisch leitendes Lot, oder elektrisch leitendes Elastomer sein.
  • Die Verbindungseinrichtung kann eine Presseinrichtung zum Beispiel in Form einer Walzenpresse mit gegenläufigen, ggf. auch beheizten Walzen sein, um eine klebende Verbindung zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen und eine elektrische Verbindung durch die Kontakt zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Leuchtmittelanordnung kann die folgenden Schritte haben: Zuführen einer Folienbahn, die in einer Variante eine transparente Kunststoffbahn und eine Metallschicht hat und in einer anderen Variante eine transparente Kunststoffbahn hat, auf die zumindest abschnittsweise eine elektrisch leitende Schicht aufzubringen ist, Strukturieren der elektrisch leitenden Schicht, um die Folienbahn bzw. die Metallschicht mit Öffnungen zu versehen, welche wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden elektrisch leitenden Steg haben, Zuführen eines Verbindungsmittels, um auf die elektrisch leitende Schicht der Folienbahn im Bereich der in die jeweilige Öffnung hineinragenden Stege, um eine Portion Verbindungsmittel aufzubringen, Zuführen von Festkörper-Leuchtmittel, um diese mit einer ersten Seitenfläche fluchtend zu einer jeweiligen Öffnung auf den wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg zu platzieren, und Herstellen einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen der ersten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und jedem vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg.
  • Des Weiteren kann ein Zuführen eines Substrats vorgesehen sein, auf dessen der Mehrzahl der Festkörper-Leuchtmittel zugewandten Seite eine Kontaktierungsstruktur angeordnet ist, sowie ein Zuführen eines Verbindungsmittels, um auf die Kontaktierungsstruktur des Substrats oder auf eine zweite, der ersten Seitenfläche abgewandte Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels, um eine Portion Verbindungsmittel aufzubringen, und Herstellen einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats.
  • Das Zuführen des Verbindungsmittels kann einen elektrisch nicht leitenden Klebstoff umfassen. Ein Pressen kann erfolgen, um eine klebende Verbindung zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen und um eine elektrische Verbindung durch den Kontakt zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen.
  • Zuerst können die Festkörper-Leuchtmittel mit der mit den Öffnungen und den Stegen konturierten Folienbahn kontaktiert werden, und anschließend können die Festkörper-Leuchtmittel mit dem Substrat verbunden werden.
  • Der elektrisch nicht leitende Klebstoff kann eine mechanische Verbindung der Festkörper-Leuchtmittel mit der mit den Öffnungen und den Stegen konturierten Folienbahn bewirken und das Pressen der Festkörper-Leuchtmittel an die Stege kann eine elektrische Verbindung bewirken, indem die Festkörper-Leuchtmittel die leitende Schicht der Folienbahn kontaktieren.
  • Zur Verbindung der zuvor kontaktierten Festkörper-Leuchtmittel mit dem Substrat kann ein Verbindungsmittels, beispielsweise Silberleitkleber, auf die Unterseiten der Festkörper-Leuchtmittel und/oder auf die entsprechenden Stellen auf das Substrat aufgebracht werden. Anschließend kann eine dauerhafte Verbindung der Anordnung durch Laminieren oder bei entsprechender Verwendung thermisch härtender Verbindungsmittel durch bloßen Wärmeeintrag realisiert werden.
  • Kurze Zeichnungsbeschreibung
  • Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung einer Festkörper-Leuchtmittelanordnung in einer schematischen perspektivischen Seitenansicht. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom Veranschaulichten abweichen.
  • Detaillierte Zeichnungsbeschreibung
  • In den Fig. sind Varianten von Festkörper-Leuchtmittelanordnungen veranschaulicht. Dabei bezeichnen übereinstimmende Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkenden Komponenten. Die hier vorgestellten Festkörper-Leuchtmittelanordnungen haben einen dreischichtigen Aufbau mit einem Substrat 10, einer Mehrzahl in der Draufsicht rechteckige oder quadratische Festkörper-Leuchtmittel LED, und einem Kontaktgitter 30, das an einer transparenten Folienbahn 30a angeordnet ist. Die Festkörper-Leuchtmittel LED sind in einem regelmäßigen Rastermaß angeordnet. Sie haben eine erste Seitenfläche 22, die zumindest teilweise als elektrischer Kontakt und zumindest teilweise als Lichtaustritt wirkt. Das Kontaktgitter 30 hat eine elektrisch leitende Schicht 32, die mit der ersten Seitenfläche 22 der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel LED in elektrischem Kontakt steht. Das elektrisch leitende Kontaktgitter 30 hat Öffnungen 34, die in ihrer lichten Weite geringfügig größer sind, als die erste Seitenfläche 22 der Festkörper-Leuchtmittel LED. Die Öffnungen 34 fluchten mit der ersten Seitenfläche 22 der Festkörper-Leuchtmittel LED. Vom Rand 36 jeder Öffnung 34 ragen in die jeweilige Öffnung 34 Stege 38 hinein. Diese Stege 38 haben, wie das übrige Kontaktgitter 30 an ihrer, der ersten Seiten-fläche 22 der Festkörper-Leuchtmittel LED zugewandten (Unter-)Seite ebenfalls die elektrisch leitende Schicht 32. Diese Stege 38 ragen über die erste Seitenfläche 22 des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels LED und sind mit dieser ersten Seitenfläche 22 zumindest teilweise elektrisch und mechanisch verbunden.
  • Die Festkörper-Leuchtmittel LED haben eine von der Lichtaustrittsfläche 22 abgewandte zweite Seitenfläche 24, die zumindest teilweise als elektrischer und/oder mechanischer Kontakt mit dem Substrat 10 wirkt. Dazu ist das Substrat 10 in den vorliegenden Varianten eine flexible Folienbahn (z. B. aus PET), auf deren den Festkörper-Leuchtmitteln LED zugewandten (Ober-)Seite eine Kontaktierungs-struktur 26 aus elektrischen Leiterbahnen angeordnet ist.
  • Die erste Seitenfläche 22 der Festkörper-Leuchtmittel LED ist mit den in die jeweilige Öffnung 34 hineinragenden Steg 38 und der Folienbahn 30a mit einem Verbindungsmittel NCA elektrisch und mechanisch verbunden ist. Das Verbindungsmittel NCA ist in den vorliegenden Beispielen ein elektrisch nicht-leitender Klebstoff. Durch Anpressen der Stege 38 an die erste Seitenfläche 22 des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels LED während der Herstellung entsteht hier auch der elektrische Kontakt. Der mechanische Kontakt entsteht, indem das Verbindungsmittel NCA beim Anpressen der Stege 38 auf das jeweilige Festkörper-Leuchtmittel LED verdrängt wird und dann die Folie 30a mit der jeweiligen Festkörper-Leuchtmittel LED verbindet.
  • Der Rand 36 jeder Öffnung 34 des Kontaktgitters 30 hat. mehrere Randabschnitte 36a...36d. Ein in die jeweilige Öffnung 36 hineinragender Steg 38 ist bei der Variante nach 1 sowohl mit einem ersten Randabschnitt 36a bzw. 36b als auch mit einem (gegenüberliegenden) zweiten Randabschnitt 36c bzw. 36d elektrisch und mechanisch verbunden. Bei der Variante nach 1 kreuzen die in die jeweilige Öffnung 34 hineinragenden Stege 38 einander.
  • Das Kontaktgitter 30, getragen von einer thermoplastische Folienbahn PET, hat auf deren, der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel LED zugewandten Seite eine elektrisch leitende Metallschicht mit einer Dicke von 100 nm bis 10 μm. Dazu ist im vorliegenden Beispiel zunächst eine Startmetallschicht von 100–200 Nanometer aus Kupfer oder Aluminium auf der thermoplastischen Folienbahn PET abgeschieden. Auf dieser Startmetallschicht kann dann – sofern die Stromtragfähigkeit der Startmetallschicht nicht reichen sollte – eine weitere Schicht aus von 100–200 Nanometer aus Kupfer oder Aluminium galvanisch abgeschieden werden.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist sind in das Kontaktgitter (und in einer Variante auch in die Folienbahn 30a) die Öffnungen 34 durch Stanzen oder durch Laserschneiden eingebracht.
  • Die vorangehend beschriebenen Varianten der Festkörper-Leuchtmittelanordnung dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften der Festkörper-Leuchtmittelanordnung; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind teilweise schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Festkörper-Leuchtmittelanordnung zuzuschreiben sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst.
  • Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle offenbarten Merkmale sind explizit sowohl einzeln als auch in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007008524 A1 [0003]
    • DE 102010001974 A1 [0004]
    • DE 102010001977 A1 [0004]
    • DE 102010012604 A1 [0005]
    • US 20090039376 A1 [0006]
    • EP 2149918 A1 [0006]

Claims (15)

  1. Festkörper-Leuchtmittelanordnung mit – einem Substrat (10), – einer Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel (LED), und – einem Kontaktgitter (30), wobei – jedes der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel (LED) – eine erste Seitenfläche (22) hat, die – zumindest teilweise als elektrischer Kontakt und – zumindest teilweise als Lichtaustritt wirkt, und wobei – das Kontaktgitter (30) – eine elektrisch leitende Schicht (32) hat, die mit der ersten Seitenfläche (22) jedes der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel (LED) in elektrischem Kontakt steht, und – Öffnungen (34) in der elektrisch leitenden Schicht (32) hat, die so groß wie oder größer sind, als die erste Seitenfläche (22) der Festkörper-Leuchtmittel (LED), wobei – die Öffnungen (34) mit einer ersten Seitenfläche (22) der Festkörper-Leuchtmittel (LED) fluchten, und wenigstens – einen vom Rand (36) jeder Öffnung (34) in die jeweilige Öffnung (34) hineinragenden Steg (38) haben, der – über die erste Seitenfläche (22) des jeweiligen Festkörper-Leuchtmittels (LED) ragt und, die – mit dieser ersten Seitenfläche (22) zumindest teilweise elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  2. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach Anspruch 1, wobei das Festkörper-Leuchtmittel (LED) eine von der Lichtaustrittsfläche (22) abgewandte zweite Seitenfläche (24) hat, die zumindest teilweise als elektrischer und/oder mechanischer Kontakt mit dem Substrat (10) oder auf diesem befindlichen Leiterbahnen (26) wirkt.
  3. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Seitenfläche (22) mit dem in die jeweilige Öffnung (34) hineinragenden Steg (38) mit einem Verbindungsmittel (NCA) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  4. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Verbindungsmittel (NCA) ein elektrisch leitender oder elektrisch nicht-leitender Klebstoff, ein elektrisch leitendes Lot, oder ein elektrisch leitendes Elastomer ist.
  5. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rand (36) jeder Öffnung (34) des Kontaktgitters (30) mehrere Randabschnitte (36a...36d) hat, und wobei ein in die jeweilige Öffnung (36) hineinragender Steg (38) mit einem ersten Randabschnitt (36a, 36b) und einem zweiten Randabschnitt (36c, 36d) elektrisch und mechanisch verbunden ist.
  6. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mehrere in die jeweilige Öffnung (34) hineinragende Stege (38) einander kreuzen.
  7. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Kontaktgitter (30) von einer thermoplastischen Folienbahn getragen ist (PET), und auf deren der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel (LED) zugewandten Seite des Kontaktgitters (30) eine Metallschicht mit einer Dicke von 100 nm bis 10 μm vorgesehen ist.
  8. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei in das Kontaktgitter (30) die Öffnungen (34) durch Stanzen oder durch Laserschneiden eingebracht sind und eine an die Gestalt der Festkörper-Leuchtmittel (LED) angepasste Dimensionierung haben.
  9. Festkörper-Leuchtmittelanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Substrat (10) eine starre Platine oder eine flexible Folienbahn hat, auf deren der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel (LED) zugewandten Seite eine Kontaktierungsstruktur aus elektrischen Leiterbahnen (26) angeordnet ist.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Festkörper-Leuchtmittelanordnung mit den folgenden Schritten: – Zuführen einer Folienbahn, – Aufbringen einer zumindest abschnittsweise elektrisch leitenden Schicht, – Strukturieren der Metallschicht in Form eines Kontaktgitters, um die Metallschicht mit Öffnungen zu versehen, welche wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg haben, – Zuführen eines Verbindungsmittels auf die elektrisch leitende Schicht der Folienbahn im Bereich der in die jeweilige Öffnung hineinragenden Stege, um eine Portion Verbindungsmittel aufzubringen, – Zuführen von Festkörper-Leuchtmittel, um diese mit einer ersten Seitenfläche fluchtend zu einer jeweiligen Öffnung auf den wenigstens einen vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg zu platzieren, und einer – Herstellen einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen der ersten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und jedem vom Rand jeder Öffnung in die jeweilige Öffnung hineinragenden Steg.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, mit folgenden Schritten: – Zuführen eines Substrats, auf dessen der Mehrzahl Festkörper-Leuchtmittel zugewandten Seite eine Kontaktierungsstruktur angeordnet ist, – Zuführen eines Verbindungsmittels auf die Kontaktierungsstruktur des Substrats oder auf eine zweite, der ersten Seitenfläche abgewandte Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels, um eine Portion Verbindungsmittel aufzubringen, und – Herstellen einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei – das Zuführen des Verbindungsmittels einen elektrisch nicht leitenden Klebstoff umfasst, und – ein Pressen erfolgt, um eine klebende Verbindung zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen und eine elektrische Verbindung durch die Kontakt zwischen der zweiten Seitenfläche jedes Festkörper-Leuchtmittels und der Kontaktierungsstruktur des Substrats herzustellen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem zuerst die Festkörper-Leuchtmittel mit der mit den Öffnungen und den Stegen konturierten Folienbahn kontaktiert werden, und anschließend die Festkörper-Leuchtmittel mit dem Substrat verbunden werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, bei dem der elektrisch nicht leitende Klebstoff eine mechanische Verbindung der Festkörper-Leuchtmittel mit der Folienbahn bewirkt und das Pressen der Festkörper-Leuchtmittel an die Stege eine elektrische Verbindung bewirkt, indem die Festkörper-Leuchtmittel die Metallschicht kontaktieren.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei auf einer thermoplastischen Folienbahn durch ein additives oder ein subtraktives Verfahren das Kontaktgitter aufgebracht wird, wobei in einem additiven Verfahren für das Kontaktgitter eine (Start-)Metallschicht mit der gewünschten Gitterstruktur aufgebracht wird, und, falls die Stromtragfähigkeit der (Start-)Metallschicht nicht ausreicht, zusätzlich eine Verstärkungslage aufgebracht wird, oder in einem subtraktiven Verfahren für das Kontaktgitter eine flächig durchgehende (Start-)Metallschicht auf einer thermoplastischen Folienbahn aufgebracht wird, aus der das Kontaktgitter mit der gewünschten Gitterstruktur abgetragen wird, und, falls die Stromtragfähigkeit des so erhaltenen Kontaktgitters nicht ausreicht, zusätzlich eine Verstärkungslage aufgebracht wird.
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