EP3782208A1 - Led-modul mit silikonlinse in 3d druck - Google Patents

Led-modul mit silikonlinse in 3d druck

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Publication number
EP3782208A1
EP3782208A1 EP19718647.1A EP19718647A EP3782208A1 EP 3782208 A1 EP3782208 A1 EP 3782208A1 EP 19718647 A EP19718647 A EP 19718647A EP 3782208 A1 EP3782208 A1 EP 3782208A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
led
led module
light
module according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19718647.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katrin Schroll
Konstantin Engeter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siteco GmbH
Original Assignee
Siteco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siteco GmbH filed Critical Siteco GmbH
Publication of EP3782208A1 publication Critical patent/EP3782208A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/90—Methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/048—Refractors for light sources of lens shape the lens being a simple lens adapted to cooperate with a point-like source for emitting mainly in one direction and having an axis coincident with the main light transmission direction, e.g. convergent or divergent lenses, plano-concave or plano-convex lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/08—Refractors for light sources producing an asymmetric light distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING 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
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED module which has a plastic lens produced in the 3D printing process, in particular silicone.
  • LEDs light-emitting diodes, by which all forms of semiconductor light sources, including organic light-emitting diodes are understood
  • the optics for the LEDs in the LED modules must be adapted to this. High tool costs for new optics are therefore the result.
  • the optics must be precisely aligned with the LEDs on the respective carrier of the LED. Since the LED acts as a nearly punctiform light source, the optics must be exactly matched to the position of the LED. Precise tuning, adjustment and manufacture of a lens made of injection-molded part must be, because for a faster cost-effective installation usually the largest possible lens array are used, but have a significantly different thermal expansion than the PCB material used. Simple mechanical means for mounting plastic components on a support are often not sufficient to ensure a precise alignment of an art fabric look over the LED.
  • the object of the present invention is to provide an LED module which solves the mentioned disadvantages in terms of high tool costs, the high storage costs for the provision of various optics and the problem of fixing the optics on the support of the LED.
  • the object is achieved by an LED module according to claim 1 and by a manufacturing method of such an LED module according to claim 18.
  • a special feature of the LED module of the present invention is that the plastic lens, in particular made of silicone, is printed directly onto the carrier substance of the LED by means of a 3D printing method.
  • the lens can be adjusted individually for the respective LED and for the purpose of use of the luminaire in which the LED module is to be installed, without having to provide different tools for injection-molded art fabric lenses.
  • the lens material silicone also has a high optical quality and can be well processed in a 3D printer.
  • the carrier substrate is designed as a printed circuit board, PCB.
  • PCB printed circuit board
  • the conductor tracks for contacting the LEDs can already be applied.
  • the PCB can also be designed as part of a luminaire housing.
  • the LED can be easily applied to the PCB, for example, by a pick and place machine.
  • the usual materials of a PCB are suitable for directly printing on it a lens made of silicone or another plastic. The materials enable the necessary mechanical connection to the material of the PCB.
  • the printed optics may be mounted on either the LED or on the PCB material, or both. It can also be printed on an art fabric lens, which are then fastened by means of previously applied adhesion promoter or with retaining pins which surround the LED, for example.
  • the lens is formed of different materials, in particular different silicone materials, which differ in the refractive index, in the color, in the light absorption property and / or in the light reflection property.
  • the 3D printing process makes it easy to combine different materials within the lens. This property can be exploited to form complicated lens structures of different materials. For example, by using materials with different refractive indices, interfaces can be created where total internal reflection takes place in the lens.
  • lens regions can be provided which are designed to absorb light. As a result, certain effects can be achieved in the light distribution of the LED module. For example, a cut-off in the light distribution in a certain solid angle range can be generated in order to allow glare reduction of the luminaire.
  • the lens material may be colored to produce certain color effects.
  • the colorant may comprise a phosphorescent material to effect a conversion of the wavelength of the LED. It is also possible to combine different colors within a lens.
  • the lens has curved surface sections, whose curvature is step-shaped, and which effect a light diffusion and / or a light mixture when using differently colored LEDs.
  • surface sections with curvature can be produced in a high quality by means of 3D printing, small steps, which are caused by the printing process, can not be avoided. However, this does not have to be disadvantageous for the optical quality of the lenses.
  • the steps can be deliberately designed to purposely effect a diffusion of light and / or color mixing in LEDs of different colors.
  • punk-shaped light sources as they are LEDs
  • the light must be mixed with differently colored LEDs to prevent light of different colors from being perceived from different angles. Light mixing is often beneficial even with white LEDs, as they also have the problem of changing color over the angle. Often luminaires reflect these colors through the angles in the room. Here it often happens that you need a light mixing to prevent yellow stripes on walls.
  • the light mixture also takes place through the steps in the curved surface sections of the lens, which are formed anyway by the 3D printing process.
  • smooth curved surface portions can be done for example by a separate subsequent treatment of the lens surface, for example by applying an additional coating, by local melting of surface areas of the lens or by polishing the lens surface.
  • the lens comprises a black colored material adjacent a transparent portion of the lens.
  • the black-colored material in particular silicone material, has a light-absorbing effect.
  • the black-colored material can be arranged in a region radially to the optical axis of the lens. This is advantageous for lenses which are not intended to emit light sideways, e.g. to create a desired glare of the LED module.
  • the lens has one or more interfaces, which are arranged opposite the LED so that the light of the LED is reflected.
  • the interfaces may be defined by an outer surface of the lens, ie be formed by an optical transition from the lens material to the air, or by an interface within the lens, that is between two lens materials with different refractive index. Both types of interfaces are suitable for reflecting the light of the LED at least partially or even totally. This is a particularly efficient way to direct the light within the lens since no reflection is caused by the reflection and further no additional reflective material such as a metallic coating or the like. , on or in the lens must be introduced.
  • the lens may comprise regions of light-reflecting lens material, in particular white-colored lens material, which adjoin an area with transparent lens material.
  • the reflective lens material may be directed reflective or diffuse reflective.
  • diffuse reflection can be produced by white lens material. By light reflection, larger deflection angles can be generated in comparison to the refraction of light. Therefore, it is possible to produce with this type of lenses light distributions, which are very different from the natural light distribution of an LED (this acts as a Lambert radiator).
  • the reflective lens material may in particular be arranged radially to the optical axis of the lens.
  • light beams of the LED can be deflected in the direction of the optical axis of the lens in order to achieve a focusing of the light.
  • the reflection areas may also have an inclination angle with respect to the optical axis of the lens in order to deflect the light radiation crosswise to the optical axis of the lens.
  • the light distribution can also widen and / or redirect light in a targeted manner at a shallow angle to the light exit surface of the LED module.
  • the reflective lens material can also be arranged only on one side on the transparent portion of the lens.
  • LED modules according to the invention can be designed such that the lens has a light-reflecting or light-absorbing lens material on the side of the optical axis pointing in the direction of the front of the house. As a result, the light can be blocked off to the facade of the building or redirected in the direction of the street side to be illuminated.
  • the lens has a recess on the opposite side of the LED along the optical axis, and interfaces of the recess are arranged opposite to the LED so that light of the LED thereon is totally reflected.
  • This embodiment is suitable for producing a very wide light distribution and / or a light distribution with a minimum along the optical axis, because the light is deflected by the total reflection at the interfaces of the recess along the optical axis.
  • the light can be redirected in the direction of the optical axis by multiple reflection, for example on outer surfaces of the lens or on light-reflecting regions on the outside of the lens.
  • this embodiment is adapted to redirect light, which is emitted along the optical axis without light deflection, in other solid angle ranges.
  • the lens has integral with the optically active components of the lens still holding devices for other components.
  • holders for other optical components can also be printed directly on the carrier substrate of the LED or directly on the LED.
  • holders for further auxiliary lenses or reflectors or mechanical fastening for inserting a cover can be generated during the printing of the lens. 3D printing makes it possible to achieve undercuts, for example by using two or more components.
  • the lens is connected to the carrier substrate in such a way that a moisture-tight and / or gastight seal is formed between the carrier substrate and the LED.
  • the lens can not only be precisely aligned with respect to the carrier substrate, but also be completed fluid-tight.
  • a particularly cost-effective variant for generating an LED module for higher degrees of protection of the lamp, in particular for lights in wet rooms or outdoors, can be produced without additional seal. Furthermore, the ingress of contamination between the LED and the lens is prevented.
  • further light influencing elements in particular reflectors or refractive elements, may be applied in the 3D printing on the carrier substrate at a distance from the lens.
  • a reflection section or a section having an internal or external interface to which total internal reflection takes place may be provided to facilitate the To redirect light in the LED module after exiting the lens.
  • a portion of the lens has a prismatic or wavy surface.
  • the surface can serve for light scattering or light mixing.
  • the surface structures are very easy to apply in the 3D printing process.
  • the dimensions of the structures may also be less than 0.5 mm in the maximum height. Depending on the 3D printing process used, such elevations can arise anyway through the printing process.
  • the surface structure is particularly suitable for
  • Another aspect of the present invention relates to a method of manufacturing an LED module as previously described.
  • the method comprises providing a carrier substrate, in particular a printed circuit board; mechanically attaching and electrically contacting at least one LED on the carrier substrate; and imprinting the lens of a plastic material, in particular of silicone, wherein the lens is printed on the carrier substrate and on the at least one LED.
  • FIG. 1 shows a cross section through an LED module with an associated half side
  • FIG. 2 shows a cross section through an LED module of a further embodiment with a light distribution curve shown on one side.
  • FIG. 3 shows a cross section through a further one
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • FIG. 4 shows a cross section through another one
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • FIG. 5 shows a cross section through another one
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • FIG. 6 shows a cross section through another one
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • FIG. 7 shows a cross section through another one
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • FIG. 8 shows a cross section through a further one
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • Figure 9 shows a cross section through another
  • Embodiment of an LED module Embodiment of an LED module.
  • the LED module of the present invention comprises a carrier substrate 1, which can be designed, in particular, as a printed circuit board (PCB) with already printed-on electrical conductor tracks.
  • a carrier substrate 1 which can be designed, in particular, as a printed circuit board (PCB) with already printed-on electrical conductor tracks.
  • PCB printed circuit board
  • the embodiments shown in the figures differ in particular in the lens shape.
  • the Lens is printed by means of a 3D printing made of silicone or other plastics.
  • a special feature is that the lens is not injected by injection molding on the LED 2 and the carrier substrate 1, but is printed in a 3D printer.
  • a multiplicity of different shapes of lenses can be produced and a material mix of lens materials can be used without the need for different molding tools. This enables mass production of LED modules with high flexibility.
  • FIG. 1 shows a first embodiment in which a silicone lens is formed from a transparent section 4 and an edge section surrounded by a black-colored silicone material 6.
  • the lens is printed on the LED or the carrier substrate in a printing process.
  • the transparent lens material 4 has a relatively strong convex curvature. As a result, the lens has a strong focus.
  • the black-colored silicone material 6 in the edge region further causes light which is emitted laterally from the LED 2 at a shallow angle to be absorbed. Accordingly, the light distribution curve having a corresponding cross section has a strong maximum along the optical axis of the lens. Furthermore, the light distribution curve is cut off at a defined critical angle in the direction of ⁇ 90 °. This effect is produced by the absorbing lens material 6 in the edge region of the lens. This light distribution is particularly suitable for glare control of the lamp.
  • FIG. 2 shows a variant in which the radius of curvature of the transparent section 4 of the lens is smaller. Accordingly, the light distribution curve is made wider. However, this is also Light distribution curve a cut angle to ⁇ 90 ° due to the absorbent lens material. 6
  • FIG. 3 shows a variant in which absorbing lens material 6 is provided on one side only on the lens.
  • reflective lens material can also be provided there.
  • the lens has a LVK (not shown in the figure), which is cut off only on one side.
  • the lens has on the outside an interface 7, which light radiation is deflected by the LED 2 by total internal reflection in the direction of the optical axis.
  • This type of lens is suitable, for example, for an LED module in a street lamp, wherein the street lamp generates a light distribution that emits light mainly in the direction of the street side and no light or only a small portion of the light emits towards a whole house facade.
  • Figure 4 shows an alternative embodiment in which two lens materials 4 and 8 are combined, which have a different refractive index. Further, the angle of the interface 7 between the regions of the lens of different refractive index is selected such that the light of the LED 2 is totally internally reflected internally at the interface.
  • This LED module generates a highly focused light distribution by the curvature of the transparent portion 4 of the lens on the one hand, and the reflection at the interfaces to the lower refractive index lens material 8 on the other hand.
  • the lens still has the advantage that no light is absorbed, but only reflected. As a result, the overall efficiency of the LED module is increased.
  • the interface between the two refractive indices may also run along a curve, if for different rays different angles are needed.
  • Figure 5 shows a variant of an LED module similar to Figure 4, wherein an asymmetric light distribution is generated. Internal total reflection also takes place at the interface 7 between the transparent light material 4 with a higher refractive index and the lens material 8 with a lower refractive index. The lens therefore produces an asymmetrical light distribution.
  • Figure 6 illustrates an alternative embodiment in which a recess 10 is disposed on the opposite side of the LED 2 along the optical axis of the lens.
  • the recess 10 forms a conical outer surface 7 of the transparent portion 4 of the lens. In this interface 7, the light of the LED 2 is internally totally reflected.
  • the lens has a lens material 8 with a higher refractive index in an edge region, as well as described in connection with FIG. The light is accordingly redirected twice, first at the interface 11 and a second time at the interface between the lens regions 4 and 8.
  • This lens is suitable for producing a light distribution which has a minimum along the optical axis and the symmetrical maxima in the edge regions having.
  • the recess also serves to reduce the luminous density of the LED and distribute it over a larger area.
  • the lens region 8 may also comprise a specularly reflective material.
  • Figure 7 shows a variant in which the lens is formed only of a material 4 with the same refractive index.
  • another light-influencing element 12 applied in 3D printing is provided, which is designed to be light-reflecting. Leave it Light rays, which leave the lens at a shallow angle, deflect in the direction of the optical axis.
  • a body of lens material with two different refractive indices may also be provided which internally defines an interface between the higher and lower refractive index materials. Such a deflection body acts in a similar way to the reflective element 12.
  • Figure 8 shows a variant in which the lens material 14 comprises a colored silicone or other plastic material to produce a color conversion or simply absorption of certain parts of the spectrum.
  • the optical efficiency is reduced in order to adjust the spectrum of the light. It may also be provided to introduce white color or scattering particles into the lens material to produce a scattering or color mixing of the light. This makes it possible to prevent the light emitted by the lens having a different color in different spatial directions.
  • the color temperature of the LED module can therefore be adjusted easily without requiring storage costs for the modules or the LEDs in different color temperatures.
  • Another advantage of phosphorus in the lens material is that LEDs with less phosphorus or no phosphor can be used which have a longer life.
  • FIG. 9 shows a further embodiment in which the surface of the lens has a prismatic or wavy structure 16.
  • the prismatic structure 16 provides for a Reflection of the light radiation of the LED in some solid angle ranges.
  • the interface between the lens material 4 and the support substrate 1 may be formed to be reflective so that light deflected from the prism structure 16 toward the support is reflected back to the light exit side of the lens.
  • a scattering and / or mixing of the light can be produced.
  • the embodiment of Figure 9 further comprises an absorbent lens material 6 described in connection with Figures 1 and 2 which produces a cut-off angle in the light distribution curve at a defined critical angle in the ⁇ 90 ° direction.
  • the lens in particular the lenses of different lens material 4, 6, 8, 14 can be produced comparatively easily by a 3D printing method.
  • various lens materials can be combined with one another without any effort, which can differ in the refractive index or in the reflection properties and in the color.
  • This is a significant advantage to lens materials made by injection molding.
  • the injection molding process is more complicated because a different tool is needed for each mold.
  • a material mix can only be produced with a multi-component injection molding process, which is technically very complicated compared to a 3D printing.
  • Brackets can be used to hold other reflectors or other attachment optics.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein LED-Modul aufweisend wenigstens eine LED (2), welche an einem Trägersubstrat (1) befestigt und elektrisch kontaktiert ist, und eine Kunststoff linse, insbesondere aus Silikon, die auf dem Trägersubstrat (1) und über der wenigstens einen LED (2) durch 3D-Druck angebracht ist, um die Lichtverteilung der LED zu beeinflussen, wobei der 3D-Druck derart erfolgt ist, dass die Linse direkt mit dem Trägersubstrat durch den Druckvorgang verbunden ist, um die Linse an dem Substrat mechanisch zu halten.

Description

LED-MODUL MIT SILIKONLINSE IN 3D—DRUCK
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul, welches eine im 3D-Druckverfahren hergestellte Linse aus Kunststoff, insbesondere Silikon, aufweist.
LEDs (lichtemittierende Dioden, worunter alle Formen von Halbleiterlichtquellen einschließlich organischer lichtemittierender Dioden verstanden werden) , die in LED- Modulen verbaut sind, werden häufig durch neuere Versionen ersetzt. Die Optiken für die LEDs in den LED-Modulen müssen dazu angepasst werden. Hohe Werkzeugkosten für immer neue Optiken sind daher die Folge.
Ferner werden abhängig von der bestimmten Anwendung für die gleiche Art von Leuchten häufig unterschiedliche Lichtverteilungen der LED-Module gewünscht. Auch hierzu müssen unterschiedliche Optiken für die gleichen LED-Module vorgehalten werden, was hohe Lagerhaltungskosten und hohe Werkzeugkosten zur Folge hat .
Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit den Optiken in LED- Modulen im Stand der Technik besteht darin, dass die Optiken präzise gegenüber den LEDs auf den jeweiligen Träger der LED ausgerichtet werden müssen. Da die LED als nahezu punktförmige Lichtquelle wirkt, muss die Optik genau auf die Lage der LED abgestimmt sein. Eine präzise Abstimmung, Justage und Fertigung einer aus Spritzgussteil hergestellten Linse muss sein, da für eine schnellere kostengünstigere Montage normalerweise möglichst große Linsenarray verwendet werden, die aber eine deutlich unterschiedliche thermische Ausdehnung haben, als das verwendete PCB Material. Einfache mechanische Mittel zum Befestigen von Kunststoffbauteilen auf einem Träger sind häufig nicht ausreichend, um eine präzise Ausrichtung einer Kunst Stoffoptik gegenüber der LED zu gewährleisten.
Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, ein LED-Modul bereitzustellen, welches die genannten Nachteile hinsichtlich der hohen Werkzeugkosten, der hohen Lagerhaltungskosten für das Vorhalten verschiedener Optiken sowie die Problematik der Befestigung der Optik auf dem Träger der LED löst.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein LED-Modul nach Anspruch 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren eines solchen LED-Moduls gemäß Anspruch 18.
Eine Besonderheit des LED-Moduls der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Kunststofflinse, insbesondere aus Silikon, direkt auf die Trägersubstanz der LED mittels eines 3D-Druckverfahrens aufgedruckt wird. Dadurch kann die Linse individuell für die jeweilige LED und für den Anwendungszweck der Leuchte, in welchem das LED-Modul eingebaut werden soll, angepasst werden, ohne hierzu verschiedene Werkzeuge für im Spritzgussverfahren hergestellte Kunst Stofflinsen vorzuhalten. Ferner wird durch das Aufdrucken der Linse auf das Trägersubstrat gleich das Problem gelöst, dass die Linse auf der Trägersubstrat mechanisch befestigt ist und gegenüber der LED präzise ausgerichtet ist. Das Linsenmaterial Silikon weist ferner eine hohe optische Qualität auf und kann in einem 3D- Drucker gut verarbeitet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Trägersubstrat als Printed Circuit Board, PCB, ausgebildet. Auf einem PCB, beispielsweise einer Platine aus Kunststoff mit oder ohne einem Metallkern oder aus Keramik, können die Leiterbahnen zur Kontaktierung der LEDs bereits aufgebracht sein. Das PCB kann auch als Teil eines Leuchtengehäuses ausgebildet sein. Die LED kann auf dem PCB beispielsweise durch einen Bestückungsautomat einfach aufgebracht werden. Die üblichen Materialien eines PCBs eignen sich, um darauf direkt eine Linse aus Silikon oder einem anderen Kunststoff aufzudrucken. Die Materialien ermöglicht die notwendige mechanische Verbindung zu dem Material des PCB. Die gedruckte Optik kann sowohl auf der LED oder auf dem PCB-Material angebracht sein, oder auf beidem. Es kann auch eine Kunst Stofflinse aufgedruckt werden, die dann mittels vorher aufgebrachtem Haftvermittler oder mit Haltestiften die z.B. die LED umgreifen befestigt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Linse aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere unterschiedlichen Silikonmaterialien, gebildet, die sich im Brechungsindex, in der Farbe, in der Lichtabsorptionseigenschaft und/oder in der Lichtreflexionseigenschaft unterscheiden. Durch das 3D- Druckverfahren ist es problemlos möglich, verschiede Materialien innerhalb der Linse zu kombinieren. Diese Eigenschaft kann ausgenutzt werden, um komplizierte Linsenstrukturen aus verschiedenen Materialien zu bilden. Beispielsweise können durch die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex Grenzflächen erzeugt werden, an denen interne Totalreflexion in der Linse stattfindet. Ferner können Linsenbereiche vorgesehen sein, die lichtabsorbierend ausgebildet sind. Dadurch können bestimmte Effekte in der Lichtverteilung des LED-Moduls erzielt werden. Beispielsweise können ein Cut-Off in der Lichtverteilung in einem bestimmten Raumwinkelbereich erzeugt werden, um eine Entblendung der Leuchte zu ermöglichen. Ferner können auch Materialien eingesetzt werden, die bestimmte Lichtreflexionseigenschaften (gerichtet reflektierend oder diffus reflektierend) aufweisen, um die Lichtlenkung in der LED nicht nur durch Lichtbrechung sondern außerdem durch Lichtreflexion zu gestalten. Auch durch diese Maßnahme lassen sich bestimmte Lichtverteilungen, insbesondere ein bestimmter Cut-Off in einem Raumwinkelbereich, erzeugen. Im Vergleich zu lichtabsorbieren Materialien ist der Vorteil, dass bei den lichtreflektierenden Materialien der Gesamtwirkungsgrad des LED-Moduls nur geringfügig verringert wird. Auch die Kombination der verschiedenen Materialien mit unterschiedlichem Lichtbrechungsindex, Lichtabsorptionseigenschaft oder Lichtreflexionseigenschaft ist möglich. Ferner kann das Linsenmaterial eingefärbt sein, um bestimmte Farbeffekte zu erzeugen. Die Färbung kann ein phosphoreszierendes Material umfassen, um eine Umwandlung der Wellenlänge der LED zu bewirken. Ferner ist es möglich, auch unterschiedliche Farben innerhalb einer Linse zu kombinieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Linse gekrümmte Oberflächenabschnitte auf, deren Krümmung stufenförmig ausgebildet ist, und die eine Lichtdiffusion und/oder bei Verwendung von unterschiedlich farbigen LEDs eine Lichtmischung bewirken. Durch den 3D-Druck sind Oberflächenabschnitte mit Krümmung zwar in einer hohen Qualität herstellbar, jedoch lassen sich kleine Stufen, die durch das Druckverfahren bedingt sind, nicht vermeiden. Dies muss jedoch nicht von Nachteil für die optische Qualität der Linsen sein. Die Stufen können gezielt vorgesehen werden, um absichtlich eine Lichtdiffusion und/oder bei verschiedenfarbigen LEDs eine Farbdurchmischung zu bewirken. Besonders für punkförmige Lichtquellen, wie sie LEDs darstellen, ist es ohnehin häufig notwendig, wenigstens eine geringe Lichtdiffusion einzuführen, um die Leuchtdichte der Leuchte zu homogenisieren sowie harte Übergänge in der Lichtstärkeverteilung der Leuchte, die zu Schattenbildung im Anwendungsfall führen, zu reduzieren. Dies kann gleich durch die bauartbedingten stufenförmigen Abschnitte innerhalb der Krümmungsbereiche der Oberflächenstruktur der Linse erfolgen. Ferner muss das Licht bei unterschiedlich farbigen LEDs gemischt werden, um zu verhindern, dass aus unterschiedlichen Blickwinkeln Licht unterschiedlicher Farbe wahrgenommen wird. Eine Lichtdurchmischung ist häufig auch bei weißen LEDs von Vorteil, da diese auch das Problem von sich über den Winkel ändernde Farben haben. Oft bilden Leuchten diese Farben über die Winkel in den Raum ab. Hier kommt es häufig dazu, dass man eine Lichtdurchmischung braucht, um gelbe Streifen an Wänden zu verhindern. Auch die Lichtmischung erfolgt durch die Stufen in den gekrümmten Oberflächenabschnitten der Linse, welche durch das 3D-Druckverfahren ohnehin entstehen. Sofern jedoch glatte gekrümmte Oberflächenabschnitte gewünscht sind, können diese beispielsweise durch eine separate nachträgliche Behandlung der Linsenoberfläche, z.B. durch Aufbringen einer zusätzlichen Beschichtung, durch lokales Aufschmelzen von Oberflächenbereichen der Linse oder durch Polieren der Linsenoberfläche, erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst wenigstens ein Teil der Linse ein schwarz eingefärbtes Material neben einem transparenten Abschnitt der Linse. Das schwarz eingefärbte Material, insbesondere Silikonmaterial, wirkt lichtabsorbierend. Dadurch lässt sich in einem gewünschten Raumwinkelbereich die Lichtausbreitung blockieren. Insbesondere kann das schwarz eingefärbte Material in einem Bereich radial zur optischen Achse der Linse angeordnet sein. Dies ist von Vorteil für Linsen, welche kein Licht seitlich abgeben sollen, um z.B. eine gewünschte Entblendung des LED- Moduls zu erzeugen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Linse eine oder mehrere Grenzflächen auf, die gegenüber der LED so angeordnet sind, dass das Licht der LED reflektiert wird. Die Grenzflächen können durch eine Außenfläche der Linse, d.h. durch einen optischen Übergang vom Linsenmaterial zur Luft, oder durch eine Grenzfläche innerhalb der Linse, d.h. zwischen zwei Linsenmaterialien mit unterschiedlichem Brechungsindex, gebildet sein. Beide Arten von Grenzflächen eignen sich, um das Licht der LED wenigstens zum Teil oder sogar total zu reflektieren. Dies ist eine besonders effiziente Weisem um das Licht innerhalb der Linse zu lenken, da durch die Reflexion keine Verluste entstehen und ferner kein zusätzliches Reflexionsmaterial, wie eine metallische Beschichtung oder dgl . , auf oder in die Linse eingebracht werden muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Linse Bereiche aus lichtreflektierendem Linsenmaterial, insbesondere weiß eingefärbtes Linsenmaterial, aufweisen, die an einen Bereich mit transparentem Linsenmaterial angrenzen. Das reflektierende Linsenmaterial kann gerichtet reflektierend oder diffus reflektierend ausgebildet sein. Durch weißes Linsenmaterial kann insbesondere diffuse Reflexion erzeugt werden. Durch Lichtreflexion lassen sich größere Ablenkwinkel im Vergleich zur Lichtbrechung erzeugen. Daher ist es möglich, mit dieser Art von Linsen Lichtverteilungen zu erzeugen, die sich sehr stark von der natürlichen Lichtverteilung einer LED (diese wirkt als Lambert-Strahler) unterscheiden.
Das reflektierende Linsenmaterial kann insbesondere radial zur optischen Achse der Linse angeordnet sein. Dadurch lassen sich Lichtstrahlen der LED in Richtung zur optischen Achse der Linse umlenken, um eine Fokussierung des Lichts zu erzielen. Die Reflexionsbereiche können jedoch auch einen Neigungswinkel gegenüber der optischen Achse der Linse aufweisen, um die Lichtstrahlung über Kreuz zur optischen Achse der Linse umzulenken. Dadurch lässt sich die Lichtverteilung auch aufweiten und/oder Licht gezielt in einem flachen Winkel zur Lichtaustrittsfläche des LED-Moduls umlenken. Gemäß einer Weiterbildung der zuletzt genannten Ausführungsformen kann das reflektierende Linsenmaterial auch nur einseitig an dem transparenten Abschnitt der Linse angeordnet sein. Diese Ausführungsform ist beispielsweise für Leuchten bevorzugt, in welchen eine asymmetrische Lichtverteilung in Bezug auf einen bestimmten Raumwinkelbereich erzeugt werden soll. Beispielweise ist es für Straßenleuchten häufig gewünscht, die Lichtverteilung in Richtung zu einer angrenzenden Häuserfassade vollständig auszublenden. In diesem Fall können erfindungsgemäße LED- Module so ausgebildet sein, dass die Linse ein lichtreflektierendes oder lichtabsorbierendes Linsenmaterial auf der Seite der optischen Achse aufweist, die in Richtung zur Häuserfront weist. Dadurch lässt sich das Licht zur Häuserfassade abblocken oder in Richtung der zu beleuchtenden Straßenseite umlenken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Linse eine Vertiefung auf der der LED entgegengesetzten Seite entlang der optischen Achse auf und Grenzflächen der Vertiefung sind gegenüber der LED so angeordnet, dass Licht der LED daran totalreflektiert wird. Diese Ausführungsform eignet sich, um eine sehr breite Lichtverteilung und/oder eine Lichtverteilung mit einem Minimum entlang der optischen Achse zu erzeugen, weil das Licht durch die Totalreflexion an den Grenzflächen der Vertiefung entlang der optischen Achse umgelenkt wird. Das Licht kann allerdings durch Mehrfachreflexion, beispielsweise an Außenflächen der Linse oder an lichtreflektierenden Bereichen an der Außenseite der Linse, wieder in Richtung zur optischen Achse umgelenkt werden. In jedem Fall ist diese Ausführungsform dafür eingerichtet, um Licht, welches entlang der optischen Achse ohne Lichtumlenkung abgegeben wird, in andere Raumwinkelbereiche umzulenken. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Linse integral mit den optisch wirksamen Bestandteilen der Linse noch Halteeinrichtungen für weitere Bauteile auf. Beim Drucken der Linse können des Weiteren auch noch Halterungen für andere optische Bauteile direkt auf das Trägersubstrat der LED oder direkt auf die LED gedruckt werden. Beispielsweise können Halterungen für weitere Vorsatzlinsen oder Reflektoren oder mechanische Befestigung zum Einbringen einer Abdeckung (z.B. Einschiebeplatte etc.) beim Drucken der Linse mit erzeugt werden. Der 3D-Druck erlaubt es, z.B. durch die Verwendung von zwei oder mehr Komponenten, auch Hinterschnitte zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Linse mit dem Trägersubstrat derart verbunden, dass ein feuchtigkeit s- und/oder gasdichter Abschluss zwischen dem Trägersubstrat und der LED gebildet wird. Beim Drucken der 3D-Linse kann die Linse nicht nur präzise gegenüber dem Trägersubstrat ausgerichtet werden, sondern auch gleich fluiddicht abgeschlossen werden. Dadurch lässt sich ohne zusätzliche Dichtung eine besonders kostengünstige Variante zur Erzeugung eines LED-Modul für höhere Schutzarten der Leuchte, insbesondere für Leuchten in Feuchträumen oder im Außenbereich, erzeugen. Ferner wird das Eindringen von Verschmutzung zwischen der LED und der Linse verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können auf dem Trägersubstrat beabstandet von der Linse noch weitere Lichtbeeinflussungselemente, insbesondere Reflektoren oder lichtbrechende Elemente, in dem 3D-Druck aufgebracht sein. Beispielsweise kann ein Reflexionsabschnitt oder ein Abschnitt mit einer internen oder externen Grenzfläche, an welche interne Totalreflexion stattfindet, vorgesehen sein, um das Licht nach dem Austritt aus der Linse noch einmal in dem LED- Modul umzulenken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Abschnitt der Linse eine Prismen- oder wellenförmige Oberfläche auf. Die Oberfläche kann zur Licht Streuung oder Lichtmischung dienen. Die Oberflächenstrukturen lassen sich im 3D-Druckverfahren sehr einfach aufbringen. Die Abmessungen der Strukturen können auch kleiner als 0,5 mm in der maximalen Höhe sein. Abhängig von dem verwendeten 3D-Druckverfahren können solche Erhebungen ohnehin durch das Druckverfahren entstehen. Die Oberflächenstruktur eignet sich insbesondere zur
Lichtdiffusion und Lichtmischung.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines LED-Moduls wie vorhergehend beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bereit stellen eines Trägersubstrats, insbesondere eines Printed Circuit Boards; ein mechanisches Befestigen und elektrisches Kontaktieren von wenigstens einer LED auf dem Trägersubstrat; und ein Aufdrucken der Linse aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus Silikon, wobei die Linse auf das Trägersubstrat und über die wenigstens eine LED aufgedruckt wird .
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen deutlich, die in Zusammenhang mit den beigefügten Figuren gegeben werden. In den Figuren ist Folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein LED-Modul mit einer halbseitig dargestellten zugehörigen
Lichtverteilungskurve . Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein LED-Modul einer weiteren Ausführungsform mit einer halbseitig dargestellten Lichtverteilungskurve .
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Figur 9 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere
Ausführungsform eines LED-Moduls.
Das LED-Modul der vorliegenden Erfindung umfasst ein Trägersubstrat 1, welches insbesondere als eine Platine (PCB) mit bereits aufgedruckten elektrischen Leiterbahnen ausgebildet sein kann. Auf dem Substrat 2 ist, wie in den Figuren dargestellt, wenigstens eine LED 2 aufgebracht, wobei die von einer Linse 4, 6 umgeben.
Die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen unterscheiden sich insbesondere in der Linsenform. Die Linse wird mittels eines 3D-Drucks aus Silikon oder aus anderen Kunststoffen aufgedruckt . Eine Besonderheit besteht darin, dass die Linse nicht im Spritzgussverfahren auf die LED 2 bzw. das Trägersubstrat 1 angespritzt wird, sondern in einem 3D- Drucker aufgedruckt wird. Dadurch kann eine Vielzahl von verschiedenen Formen von Linsen erzeugt werden sowie ein Materialmix aus dem Linsenmaterialien verwendet werden, ohne dass hierzu unterschiedliche Formwerkzeuge notwendig sind. Dies ermöglicht eine Serienfertigung von LED-Modulen mit hoher Flexibilität .
Die Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform in welcher eine Silikonlinse aus einem transparenten Abschnitt 4 und einem aus einem schwarz eingefärbten Silikonmaterial 6 umgebenen Randabschnitt gebildet ist. Die Linse wird in einem Druckverfahren auf die LED bzw. das Trägersubstrat aufgedruckt . Das transparente Linsenmaterial 4 weist eine verhältnismäßig starke konvexe Krümmung auf. Dadurch wirkt die Linse stark fokussierend. Das schwarz eingefärbte Silikonmaterial 6 im Randbereich bewirkt ferner, dass Licht, welches von der LED 2 in einem flachen Winkel seitlich abgegeben wird, absorbiert wird. Demgemäß weist die Lichtverteilungskurve mit einem dementsprechenden Querschnitt ein starkes Maximum entlang der optischen Achse der Linse auf. Ferner ist die Lichtverteilungskurve ab einem definierten Grenzwinkel in Richtung zu ±90° abgeschnitten. Dieser Effekt wird durch das absorbierende Linsenmaterial 6 im Randbereich der Linse erzeugt. Diese Lichtverteilung eignet sich insbesondere zur Entblendung der Leuchte.
Figur 2 zeigt demgegenüber eine Variante, in welcher der Krümmungsradius des transparenten Abschnitts 4 der Linse geringer ist. Dementsprechend ist die Lichtverteilungskurve breiter ausgebildet . Jedoch ist auch diese Lichtverteilungskurve ein einem Grenzwinkel zu ±90° abgeschnitten aufgrund des absorbierenden Linsenmaterials 6.
Figur 3 zeigt eine Variante, in welcher absorbierendes Linsenmaterial 6 nur einseitig an der Linse vorgesehen ist. Alternativ kann dort auch reflektierendes Linsematerial vorgesehen sein. Dementsprechend weist die Linse eine LVK (in der Figur nicht dargestellt) auf, die nur auf einer Seite abgeschnitten ist. Ferner weist die Linse an der Außenseite eine Grenzfläche 7 auf, welche Lichtstrahlung von der LED 2 durch interne Totalreflexion in Richtung zur optischen Achse umgelenkt wird. Diese Art von Linse eignet sich beispielsweise für ein LED-Modul in einer Straßenleuchte, wobei die Straßenleuchte eine Lichtverteilung erzeugt, die Licht vorwiegend in Richtung zur Straßenseite abgibt und kein Licht oder nur einen geringen Anteil des Lichts in Richtung zu einer ganzen Häuserfassade abgibt.
Figur 4 zeigt eine alternative Ausführungsform, in welcher zwei Linsenmaterialien 4 und 8 kombiniert werden, die einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen. Ferner ist der Winkel der Grenzfläche 7 zwischen den Bereichen der Linse mit unterschiedlichem Brechungsindex derart gewählt, dass das Licht der LED 2 an der Grenzfläche intern totalreflektiert wird. Dieses LED-Modul erzeugt durch die Krümmung des transparenten Abschnitts 4 der Linse einerseits und die Reflexion an den Grenzflächen zu dem Linsenmaterial 8 mit niedrigeren Brechungsindex andererseits eine stark fokussierte Lichtverteilung. Im Vergleich zu der Ausführungsform in Figur 1 weist die Linse noch den Vorteil auf, dass kein Licht absorbiert, sondern nur reflektiert wird. Dadurch ist der Gesamtwirkungsgrad des LED-Moduls erhöht. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Grenzfläche zwischen den zwei Brechungsindices auch entlang einer Kurve verlaufen, wenn für unterschiedliche Strahlen unterschiedliche Winkel benötigt werden .
Figur 5 zeigt eine Variante eines LED-Moduls ähnlich wie Figur 4, wobei eine asymmetrische Lichtverteilung erzeugt wird. An der Grenzfläche 7 zwischen dem transparenten Lichtmaterial 4 mit einem höheren und dem Linsenmaterial 8 mit einem niedrigeren Brechungsindex findet ebenfalls interne Totalreflexion statt. Die Linse erzeugt daher eine asymmetrische Lichtverteilung.
Figur 6 stellt eine alternative Ausführungsform dar, in welcher eine Vertiefung 10 auf der der LED 2 entgegengesetzten Seite entlang der optischen Achse der Linse angeordnet ist. Die Vertiefung 10 bildet eine kegelförmige Außenfläche 7 des transparenten Abschnitts 4 der Linse. In dieser Grenzfläche 7 wird das Licht der LED 2 intern totalreflektiert. Ferner weist die Linse in einem Randbereich ein Linsenmaterial 8 mit größerem Brechungsindex auf, sowie im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben. Das Licht wird demgemäß zweimal umgelenkt, zuerst an der Grenzfläche 11 und ein zweites Mal an der Grenzfläche zwischen den Linsenbereichen 4 und 8. Diese Linse eignet sich zur Erzeugung einer Lichtverteilung, welche entlang der optischen Achse ein Minimum aufweist und den in den Randbereichen symmetrische Maxima aufweist. Die Vertiefung dient auch dazu, die Leuchtedichte der LED zu verringern und auf eine größere Fläche zu verteilen. Der Linsenbereich 8 kann auch ein specular reflektierendes Material aufweisen.
Figur 7 zeigt eine Variante, in welcher die Linse nur aus einem Material 4 mit gleichem Brechungsindex gebildet ist. Von der Linse beabstandet ist noch ein weiteres in 3D-Druck aufgebrachtes Lichtbeeinflussungselement 12 vorgesehen, welches lichtreflektierend ausgebildet ist. Dadurch lassen sich Lichtstrahlen, welche die Linse unter einem flachen Winkel verlassen, in Richtung zur optischen Achse umlenken. Alternativ zu dem reflektierenden Element 12 kann auch ein Körper aus Linsenmaterial mit zwei verschiedenen Brechungsindices vorgesehen sein, der intern eine Grenzfläche zwischen den Materialien mit höherem und niedrigerem Brechungsindex definiert. Ein solcher Umlenkkörper wirkt ähnlich wie das reflektive Element 12.
Figur 8 zeigt eine Variante, in welcher das Linsenmaterial 14 ein eingefärbtes Silikon oder anderes Kunststoffmaterial umfasst, um eine Farbkonvertierung oder einfach Absorption von gewissen Teilen des Spektrums zu erzeugen. Der optische Wirkungsgrad wird hierbei reduziert, um das Spektrum des Lichts anzupassen. Es kann ferner auch vorgesehen sein, weiße Farbe oder Streupartikel in das Linsenmaterial einzubringen, um eine Streuung oder Farbmischung des Lichts zu erzeugen. Dadurch lässt sich verhindern, dass das von der Linse abgegebene Licht in unterschiedlichen Raumrichtungen eine unterschiedliche Farbe aufweist.
Durch gezieltes Einbringen von Färb- oder phosphoreszierenden Partikeln, insbesondere Phosphor, in die aufgedruckte Optik lässt sich daher die Farbtemperatur des LED-Moduls leicht einstellen, ohne dass hierzu Lagerhaltungskosten für die Module oder die LEDs in unterschiedlichen Farbtemperaturen anfallen. Ein weiterer Vorteil von Phosphor in dem Linsenmaterial ist, dass LEDs mit weniger Phosphor oder keinen Phosphor eingesetzt werden können, die eine höhere Lebensdauer aufweisen .
Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Oberfläche der Linse eine prismen- oder wellenförmige Struktur 16 aufweist. Die prismenartige Struktur 16 sorgt für eine Reflexion der Lichtstrahlung der LED in einigen Raumwinkelbereichen. Ferner kann die Grenzfläche zwischen dem Linsenmaterial 4 und dem Trägersubstrat 1 reflektierend ausgebildet sein, so dass Licht, das von der Prismenstruktur 16 in Richtung zum Träger umgelenkt wird, wieder zur Lichtaustrittsseite der Linse um reflektiert wird. Durch eine derartige Prismenstruktur 16 lässt sich eine Streuung und/oder Durchmischung des Lichtes zu erzeugen. Die Ausführungsform nach Figur 9 weist ferner ein absorbierendes Linsenmaterial 6 auf, welches im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben wurde, einen Cut-Off-Winkel in der Lichtverteilungskurve bei einem definierten Grenzwinkel in Richtung zu ±90° erzeugt.
Bei allen vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen ist zu verstehen, dass die Linse, insbesondere die Linsen aus unterschiedlichem Linsenmaterial 4, 6, 8, 14 vergleichsweise einfach durch ein 3D-Druckverfahren herstellbar sind. Beim Drucken können ohne Aufwand verschiedene Linsenmaterialien miteinander kombiniert werden, die sich im Brechungsindex oder bei den Reflexionseigenschaften sowie in der Farbe unterscheiden können. Dies ist ein wesentlicher Vorteil zu Linsenmaterialien, die im Spritzgussverfahren hergestellt sind. Das Spritzgussverfahren ist aufwendiger, weil für jede Form ein unterschiedliches Werkzeug benötigt wird. Ferner ist ein Materialmix nur mit einem Mehrkomponentenspritzgussverfahren zu erzeugen, welches technisch sehr aufwändig ist im Vergleich zu einem 3D-Druck.
Weitere Varianten der vorliegenden Erfindung können auch das Aufdrucken von Halterungen oder weiteren Optiken oder Mechaniken an der Linse umfassen. Insbesondere können Halterungen zur Halterung weiterer Reflektoren oder anderer Vorsatzoptiken dienen. Beispielsweise können Hinterschneidungen vorgesehen sein, in welchem eine Einschiebplatte eingeschoben wird, oder es können Vertiefungen vorgesehen, sein, in welche direkt Halteeinrichtungen eines Reflektors aufgesteckt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
Trägersubstrat
LED
transparentes Linsenmaterial
absorbierendes Linsenmaterial
Grenzfläche
reflektives Linsenmaterial
Vertiefung
Lichtbeeinflussungselement
eingefärbtes Linsenmaterial
prismen- oder wellenförmige Oberfläche

Claims

ANSPRÜCHE
1. LED-Modul aufweisend:
wenigstens eine LED (2), welche an einem Trägersubstrat
(1) befestigt und elektrisch kontaktiert ist, und
eine Kunststofflinse, insbesondere aus Silikon, die auf dem Trägersubstrat (1) und über der wenigstens einen LED
(2) durch 3D-Druck angebracht ist, um die Lichtverteilung der LED zu beeinflussen,
wobei der 3D-Druck derart erfolgt ist, dass die Linse direkt mit dem Trägersubstrat durch den Druckvorgang verbunden ist, um die Linse an dem Substrat mechanisch zu halten .
2. LED-Modul nach Anspruch 1, wobei das Trägersubstrat (1) als Printed Circuit Board, PCB, ausgebildet ist.
3. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse aus unterschiedlichen Materialien (4, 6, 8, 14) gebildet ist, die sich im Brechungsindex, in der Farbe, in der Lichtabsorptionseigenschaft und/oder in der
Lichtreflexionseigenschaft unterscheiden .
4. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse gekrümmte Oberflächenabschnitte aufweist, deren Krümmung stufenförmig ausgebildet ist, und die eine Lichtdiffusion und/oder eine Lichtmischung unterschiedlich farbiger LEDs bewirken.
5. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Teil der Linse ein schwarz eingefärbtes Material (6) neben einem transparenten Abschnitt (4) der Linse umfasst.
6. LED-Modul nach Anspruch 5, wobei der Teil der Linse mit schwarz eingefärbtem Material (6) in einem Bereich radial zur optischen Achse der Linse angeordnet ist.
7. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse ein oder mehrere Grenzflächen (7) aufweist, die gegenüber der LED so angeordnet sind, dass Licht der LED totalreflektiert wird.
8. LED-Modul nach Anspruch 7 mit Rückbezug auf Anspruch 6, wobei die besagte Grenzfläche (7), an welcher Reflexion stattfindet, an einer Grenzfläche anschließt, an welchem transparenten Linsenmaterial (4) mit schwarz eingefärbtem Linsenmaterial (6) angrenzt.
9. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse Bereiche aus reflektierendem Linsenmaterial 88) , insbesondere aus weiß eingefärbtem Linsenmaterial, aufweist, die an einen Bereich mit transparentem Linsenmaterial (4) angrenzen.
10. LED-Modul nach Anspruch 8, wobei das reflektierende Linsenmaterial (8) radial zu der optischen Achse der Linse angeordnet ist.
11. LED-Modul nach Anspruch 8 oder 9, wobei das reflektierende Linsenmaterial (8) nur einseitig an einem zentralen Abschnitt der Linse angeordnet ist.
12. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse eine Vertiefung (10) auf der der LED entgegensetzten Seite entlang der optischen Achse aufweist und Grenzflächen (7) der Vertiefung gegenüber der LED (2) so angeordnet sind, dass Licht der LED (2) daran totalreflektiert wird.
13. LED-Modul nach Anspruch 12, wobei eine weitere
Grenzflächenlinse so angeordnet ist, dass das Licht nach der Reflexion auf die weitere Grenzfläche auftrifft und daran reflektiert wird.
14. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse und/oder das Trägersubstrat ferner mechanische Halteeinrichtungen aufweist, die zusammen mit der Linse im 3D-Druck hergestellt sind.
15. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse zusammen mit dem Trägersubstrat 1 die LED (2) feuchtigkeitsdicht und/oder gasdicht abschließt.
16. LED-Modul nach einem der vorhergehend Ansprüche, wobei auf dem Trägersubstrat beabstandet von der Linse wenigstens noch ein weiteres Lichtbeeinflussungselemente (12) durch den 3D-Druck aufgebracht ist.
17. LED-Modul nach einem der vorherhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Abschnitt der Linse eine prismen- oder wellenförmige Oberfläche (16) aufweist.
18. Verfahren zum Herstellen eines LED-Moduls nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Trägersubstrats (1) , insbesondere ein Printed Circuit Board;
mechanisches Befestigen und Kontaktieren von wenigstens einer LED (2) auf dem Trägersubstrat; und
Aufdrucken einer Linse aus einem Kunststoffmaterial (4, 6,
8, 14), insbesondere aus Silikon, wobei die Linse auf das Trägersubstrat (1) und über der wenigstens einen LED (2) aufgedruckt wird.
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