具有透镜系统的光电子模块的制作方法

具有透镜系统的光电子模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光电子模块（112）、尤其是光电子板上芯片模块（114）。该光电子模块（112）包括载体（116），其中该载体（116）平面地被构造。此外，所述光电子模块（112）包括多个被布置在所述载体（116）上的光电子部件（118）。该光电子模块（112）此外包括具有多个透镜（124）的透镜系统（122）。该透镜系统（122）具有至少两个透镜（124），所述透镜具有不同的方向特性。
【专利说明】具有透镜系统的光电子模块
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电子模块、一种光电子设备、一种用于制造光电子模块的方法以及光电子模块的应用。这种光电子模块、光电子设备、方法和应用可以以不同的方式被使用于自然科学、技术、医学和日常生活中。重要的使用领域(但本发明并不限于此)是使用于工艺【技术领域】中，例如用于干燥和/或硬化材料和/或物体的目的，或者用于工件的光化学改性的目的。替代地或附加地，以下所描述的类型的光电子模块和光电子设备例如也可以使用于照明领域中、例如交通工程中和/或房屋设备(Haustechnik)中。
[0002]本发明尤其涉及如下光电子模块，其完全地或部分地被构造为所谓的板上芯片模块。这种板上芯片模块是可完全地或部分地根据所谓的板上芯片技术(CoB)制造的模块。在板上芯片技术中，一个或多个未罩外壳的半导体器件(半导体芯片)被直接安装在载体、例如印刷电路板或其他类型的电路载体上。一般而言，术语“板上芯片模块”因此涉及如下电子组件，其包含至少一个载体以及至少一个未罩外壳的(裸露的)、安装在所述载体上的半导体器件。这种板上芯片模块例如被用作发光体、高功率灯(例如高功率UV-LED灯)、光伏模块、传感器或以其他方式被应用。尤其是，所提出的光电子模块是具有多个光电子部件的光电子板上芯片模块。在本发明的范围内，这里所使用的光电子部件例如可以是但不仅仅是尤其是芯片或其他部件形式的发光二极管(LED)和/或光电二极管，它们在板上芯片模块中被布置在平面载体、尤其是金属衬底、陶瓷衬底或硅衬底、金属芯印刷电路板或FR4印刷电路板、玻璃载体、塑料载体、金属基质复合材料或类似载体上。该板上芯片模块必须被保护以防机械损伤和腐蚀。为此寻找尽可能紧凑且容易的解决方案。
【背景技术】
[0003]由于板上芯片模块上外壳形式的保护通常成本高昂并且在技术上复杂，所以由现有技术作为用于保护这种板上芯片模块的可行的替代方案而已知以基于塑料的浇注材料平面地浇注所有或多个部件。与其他功能部件、譬如印制导线和接触元件一起，板上芯片模块中的光电子部件可以与平面载体一起通过涂层被保护以防机械损伤和腐蚀。
[0004]此外，对于许多应用而言，光电子模块的方向特性起决定性作用。方向特性通常针对光电子部件描述所接收或所发送的波的强度的角度依赖性，该角度依赖性大多与在主方向上、即沿着光电子部件的光轴的灵敏度和/或强度有关。尤其是，在包括一个或多个发光二极管作为光电子部件的光电子模块中，通常光电子模块的照度和/或辐射特性起决定性作用。作为方向特性的特殊形式的该辐射特性在该情况下描述电磁场的角度依赖性和/或所发射的电磁波的强度的角度依赖性，其中电磁波尤其是红外线光、紫外线光或可见光的形式。板上芯片模块提供如下优点:发光二极管能够以高封装密度被施加到载体上，这提高照度。但是，在许多情况下，使用附加的光学系统，以便影响光电子模块的辐射特性。例如，该光学系统不仅对于发射光的光电子模块而且对于光敏的光电子模块而言可以是具有一个或多个透镜的透镜系统，尤其是所谓的微透镜系统。这些透镜系统、尤其是微透镜系统例如可以包括一个或多个射束成形元件，其横向伸展、例如其在载体的平面中的伸展可以从次毫米范围直到分米范围，或甚至直到米范围。这些微透镜系统可以例如被构造，使得起光学作用的区域具有在次毫米范围内的结构，例如具有衍射、散射、会聚、准直或漫射作用的结构。
[0005]由于光电子部件之间的通常必要的小的距离，尤其是由于典型地在板上芯片模块中所使用的小的间距(在相邻的光电子部件之间的中心到中心的距离)，仅已知少数方法，在这些方法中可以在各个光电子部件、例如发光二极管阵列的各个发光二极管之上、例如通过相应的浇注材料实现射束成形微透镜。
[0006]这样，本申请的 申请人:的家族的在后公开的DE 10 2010 044 470描述了一种用于涂覆光电子板上芯片模块的方法，该光电子板上芯片模块包括平面载体，该载体装配有一个或多个光电子部件。在此，使用由一种或多种硅树脂构成的、透明的、耐UV和耐热的涂层。在该方法中，待涂覆的载体被预热到第一温度。此外，施加坝形部，其包围载体的待涂覆的面或部分面。该坝形部完全地或部分地由热硬化的高活性的第一硅树脂组成，该硅树脂在第一温度下硬化。第一硅树脂被施加到被预热的载体上。此外，载体的被坝形部包围的面或部分面利用液态的第二硅树脂来填充，并且第二硅树脂被硬化。在此，尤其借助第一硅树脂也可以将快速硬化的透镜施涂到载体的各个部件上。以此方式也可以形成微透镜系统。
[0007]此外，由源自本申请的 申请人:的家族的且同样在后公开的DE 10 2010 044 471已知光电子板上芯片模块的涂覆方法。该光电子板上芯片模块又包括平面载体，该平面载体装配有一个或多个光电子部件并且具有由硅树脂构成的、透明的、耐UV和耐热的涂层。该方法包括方法步骤:将液态的硅树脂浇注到向上开放的模具中，该模具有外部尺寸，所述外部尺寸对应于载体的外部尺寸或超过该外部尺寸。此外，载体被引入模具中，其中一个或多个光电子部件完全浸入硅树脂中。在另一方法步骤中，硅树脂被硬化并且与光电子部件和载体交联。此外，将具有由已硬化的硅树脂构成的涂层的载体从模具中取出。
[0008]此外，由US 7，819，550 B2已知一种LED阵列，其包括用于会聚每个LED的发散光的透镜阵列。这些透镜分别包括一个平区段和两个弯曲区段。在发光二极管之上，透镜不是弯曲的。
[0009]由US 2007/0045761 Al已知一种用于制造白光LED的方法。在此，使用如下LED，其发射蓝光，并且使用转换光的磷光体。此外，在此也描述了光学系统在发光二极管之上的成型，所述光学系统借助浇注工艺来产生，该浇注工艺被隔绝大气。
[0010]此外，由US 2010/0065983 Al已知一种用于借助压缩浇注法封装发光二极管的方法。在此，为了在浇注工艺过程中的密封而使用带。
[0011]尽管通过上述方法实现对已知光电子模块的改进，但仍然需要具有改善的方向特性的光电子模块，尤其是需要针对确定的应用具有高照度的光电子模块。尤其是需要有效的且可彼此顺序排列的光源，这些光源的照明分布(Beleuchtungsprofil)在可调节的距离中可以具有高照度，其中同时满足高均匀性要求并且在边缘区域中能记录足够陡峭的下降。尤其是在印刷工业中的工业制造中在光刻应用的情况下需要这种光电子模块、尤其是发光二极管模块来实现印刷油墨和墨水的均匀且高品质的干燥图像。高照度、例如通常高于lOOmW/cm2、典型地l-20W/cm2、直到几百W/cm2的照度通常是必要的，以便在尽可能紧凑且能量有效的光源的情况下实现高的工艺速度。
【发明内容】

[0012]因此，本发明的任务是提供一种光电子模块，其至少很大程度上避免已知方法的缺点并且至少很大程度上满足上述要求。尤其是，要提供一种光电子模块，其在作为发光模块的构型中具有高的效率和照度，该光电子模块可作为可顺序排列的光源使用并且具有有高均匀性并且在边缘区域中有足够陡峭的下降的照明分布。
[0013]该任务通过具有独立权利要求的特征的光电子模块、光电子设备、方法和应用来解决。本发明的可单独地或以组合实现的有利改进方案在从属权利要求中被示出。
[0014]在本发明的第一方面中，提出一种光电子模块。光电子模块一般而言可理解为如下组件，该组件可以作为单元来操作并且该组件具有至少一个光电子部件、即例如发光电子部件和/或光敏电子部件。光电子模块尤其可以被构造为根据上面提到的定义的光电子板上芯片模块。
[0015]光电子模块包括载体，该载体被平面地构造。载体一般而言在本发明的范围内可理解为如下元件，该元件被设立用于容纳一个或多个电子部件、尤其是一个或多个光电子部件。尤其是，该载体可以根据上面关于现有技术所描述的类型来构造并且可以包括一个或多个电路载体，尤其是根据所提到的类型的电路载体。平面构型可理解为如下构型，在该构型中设置有至少一个能施加有光电子部件、尤其是未罩外壳的芯片的表面，例如平的或略微弯曲的表面，一个或多个光电子部件、尤其是一个或多个没有外壳的光电子芯片可以被施加到该表面上。例如，平面地构造的载体可以完全或部分平地被构造，例如被构造为印刷电路板。
[0016]此外，光电子模块包括多个被布置在载体上的光电子部件。这些光电子部件尤其可以以板上芯片技术被布置在载体上。光电子部件如上所述可理解为如下器件，这些器件履行至少一种光电子功能，例如发光和/或光敏功能。尤其是，这些光电子部件可以选自由发光二极管和光电二极管构成的组。这些光电子部件尤其可以包括一个或多个未罩外壳的芯片。与此相应地，多个光电子部件尤其可以包括光电子部件的阵列、即一种布置，在该布置中多个光电子部件以一行或多行被施加到载体上。该阵列例如可以包括具有至少一行和/或至少一列或具有多个行和列的矩形矩阵。行和/或列在此可以理解为至少两个、优选地至少三个、四个或更多光电子部件的线性布置。多个光电子部件因此优选地可以具有发光二极管和/或光电二极管的矩形矩阵。然而，其他构型原则上也是可能的，例如如下构型，在这些构型中多个光电子部件不规则地被布置在载体上和/或以非矩形矩阵被布置在载体上。
[0017]此外，光电子模块包括透镜系统，尤其是微透镜系统，该透镜系统具有多个透镜，尤其是微透镜。透镜在此一般而言可理解为如下光学元件，该光学元件可以执行电磁射束的射束成形，在射束成形中电磁射束被折射至少一次。透镜、例如微透镜在此可以具有从次毫米范围直到米范围的横向尺寸。例如，用于工业应用的灯系统可以具有直到3m或更大的横向伸展、例如长度。尤其是，这些透镜可以具有会聚和/或散射性质。透镜系统、尤其是微透镜系统可理解为多个透镜、尤其是微透镜，这些透镜优选地被并排布置，例如在与平面地构造的载体的平面平行的平面中。该透镜系统例如可以包括透镜阵列，其中多个透镜被布置在一个或多个行和/或一个或多个列中。例如，透镜阵列又可以具有矩形阵列。如下面还要更详细阐明的那样，例如每个透镜可以恰好被分配给一个光电子部件或一组多个光电子部件，使得该透镜系统例如可以以阵列来布置，该阵列可以对应于光电子部件的阵列。尤其是，该透镜系统可以完全或部分地由连续构造的、光学上透明的材料来制造，该材料形成该透镜系统的多个或所有透镜。该光学上透明的材料、例如塑料材料尤其可以直接被施加到光电子部件上，例如以烧注方法来施加。这样，该透镜系统一般而言可以包括光学上透明的材料，该材料与光电子部件接触并且所述材料形成该透镜系统的透镜中的多个透镜或至少多个透镜。
[0018]该透镜系统具有至少两个透镜，例如至少两个微透镜，其具有不同的方向特性。如上面所阐明的，方向特性在此在本发明的范围内一般而言可理解为所接收的或所发送的电磁波、例如在可见和/或红外和/或紫外光谱范围中的光的角度依赖性。该角度依赖性例如可以与电磁波的电磁场有关。替代地或附加地，该角度依赖性例如也可以与强度和/或能量密度和/或表征电磁波的强度的其他物理量有关。方向特性例如可以关于主方向上的强度进行说明，该主方向例如平行于光电子部件的光轴、例如垂直地居中地穿过光电子部件的敏感的和/或进行发射的有源面的轴。尤其，当光电子模块包括发射光的部件、例如发光极管形式的一个或多个光电子部件时，该方向特性可以包括辐射特性。该辐射特性例如可以借助相应的传感器来测量，该传感器以可变的角度并以预先给定的距离被布置在光电子部件之前，其中在不同角度的情况下连续地或间断地测量发射的强度，例如测量强度。以此方式例如借助测量的相应极坐标图可以检测方向特性。这种测量方法对于照明【技术领域】的技术人员而言是已知的。原则上，在此，所使用的方法的精确构型对于本发明而言并不重要，因为仅仅比较透镜的方向特性。
[0019]透镜的方向特性尤其可以理解为与被分配给透镜的光电子部件、例如发光二极管共同作用的透镜的方向特性。尤其是，这些透镜如上面所述可以分别被分配给多个光电子部件中的一个光电子部件，使得例如在每个光电子部件上布置有透镜系统中的恰好一个透镜。透镜的方向特性与此相应地于是可以理解为由光电子部件以及被布置在其上的透镜组成的组的方向特性。
[0020]至少两个透镜的方向特性例如可以在张角方面不同，例如在辐射角方面不同。例如，辐射角可以理解为如下角度，该角度由具有一半的最大光强度的侧向点所包围。然而，方向特性的其他特性也可以被用于比较方向特性。
[0021]方向特性彼此不同的至少两个透镜例如可以被布置在透镜系统、例如透镜阵列的内部和透镜系统、例如透镜阵列的边缘处。这样，例如透镜系统可以包括形式为一维或二维透镜矩阵的透镜阵列。在此，布置在透镜阵列的边缘处的透镜可以具有与布置在透镜阵列的内部的透镜不同的方向特性。例如，该边缘在线性矩阵的情况下可以分别由最外部的透镜构成。在二维矩阵的情况下，该边缘可以包括透镜的线或框架，这些透镜被布置在透镜系统的边缘处。这些边缘可以与布置在透镜系统的内部、即布置在边缘旁边的至少一个透镜在其方向特性方面不同。在此，透镜系统的透镜可以被构造，使得设置有至少两组透镜，其中至少一个第一组的透镜具有第一方向特性，并且至少一个第二组的透镜具有至少一个第二方向特性，其中所述第一方向特性和所述第二方向特性不同。在此，透镜系统可以具有方向特性的逐级的改变，使得例如方向特性从该透镜系统的内部朝着透镜系统的边缘连续地或间断地被改变。在此，可以设置两个或更多级的改变。[0022]光电子部件可以如上面所阐明的以一维或二维阵列、即以一维或二维矩阵被布置在载体上。尤其是，该阵列可以包括一条线或二维矩阵，其中在二维矩阵的情况下在两个维度上至少分别布置有两个光电子部件。尤其是，一维或二维阵列可以包括数目为至少两个、至少四个、至少八个、至少十个、至少五十个或者甚至至少一百个的光电子部件。在此，可设想光电子部件的偶数数目或也可设想光电子部件的奇数数目，因为例如也可以以阵列实现与矩形光栅布置不同的布置，例如以阵列实现光电子部件的六边形布置，例如六边形LED阵列。
[0023]光电子部件可以如上面所阐明的尤其选自由以下二极管构成的组:发光二极管、尤其是表面发射的发光二极管，和光电二极管。
[0024]具有不同辐射特性的至少两个透镜尤其可以包括具有不同表面弯曲部的透镜。表面弯曲部在此一般而言可理解为通过透镜的一个或多个切割面、例如通过光电子部件和/或透镜的光轴走向的切割面中的表面的设计，该光轴也被称作主方向。这些透镜可以关于该光轴旋转对称地构造或也可以非对称地构造。凸状弯曲部例如可以描述具有会聚作用的区域，而凹状弯曲部例如可以描述具有散射作用的区域。
[0025]替代于或附加于具有不同表面弯曲部的透镜，具有不同方向特性的至少两个透镜也可以包括具有不同高度的透镜。高度在此一般而言可理解为透镜的最外部的表面与被分配给该透镜的电气部件的有源面之间的距离。例如，该距离可以沿着垂直于载体和/或垂直于该有源面的光轴而被测量。
[0026]替代于或附加于前面所描述的构型，具有不同方向特性的至少两个透镜也可以包括具有不同基面的透镜。基面在此可理解为透镜在如下切割面中的外形和/或尺寸，该切割面处于被分配给透镜的光电子部件的有源面的平面中。该平面可以与载体平面重合或也可以与载体平面偏移地布置。
[0027]替代于或附加于上面所提到的可能性中的一个或多个可能性，具有不同方向特性的至少两个透镜也可以包括如下透镜，在这些透镜中透镜的每个光轴以不同方式相对于光电子部件的每个光轴被对准。这样，例如如上面所阐明，每个透镜可以被分配恰好一个光电子部件或也可以被分配多个光电子部件。透镜可以具有光轴，并且所分配的光电子部件同样可以具有光轴。在此，可以使用径向对称的结构，其中透镜和所分配的光电子部件的光轴重合。然而其他对准原则上也是可能的，例如如下对准，在该对准的情况下透镜和所分配的光电子部件的光轴彼此平行地偏移。替代地或附加地，透镜的光轴和光电子部件的光轴也可以彼此倾斜地对准。以此方式原则上也可以改变由透镜和所分配的光子部件构成的组的辐射特性。以此方式同样可以制造如下透镜，这些透镜具有不同的方向特性。特别优选的是，透镜系统包括至少一个透镜，其中透镜的光轴相对于被分配给该透镜的光电子部件的光轴偏移地布置，例如平行偏移。
[0028]如上面所阐明的，透镜系统尤其可以被构造，使得光电子部件被分配恰好一个透镜。尤其是多个光电子部件可以包括光电子部件的矩阵，其中该矩阵尤其可以一维或二维地被构造。相应地，透镜系统可以包括透镜的矩阵，该矩阵尤其可以一维或二维地被构造。在此，透镜和光电子部件的矩阵可以彼此对应，使得光电子部件的矩阵的一个元件被分配给透镜的矩阵的恰好一个元件。该分配例如可以实现为使得透镜被布置在所分配的光电子部件之上，从而使得由光电子部件发射的光通过所分配的透镜和/或光首先通过该透镜，以便然后由被分配给相应透镜的光电子部件吸收。如上面所阐明的，在该情况下，具有至少两个有不同方向特性的透镜的透镜系统尤其可理解为，光电子模块包括至少两组，这些组分别由至少一个透镜和至少一个所分配的光电子部件构成，所述组的方向特性彼此不同，例如在相应的方向特性的张角和/或辐射角方面不同。
[0029]该透镜系统总共可以具有总方向特性，该总方向特性由所有透镜的方向特性组成。当光电子模块的所有光电子部件同时有效并且作为单元起作用时，该方向特性例如可以被检测。该总方向特性尤其可以被构造为具有高均匀性，例如具有比不具有透镜系统的相同光电子模块的方向特性更高的均匀性。该均匀性可以以不同的方式来检测。例如，光电子部件、例如光电子部件的一维或二维矩阵的中央区域可以被限定，该中央区域在至少一个维度中在载体上包括透镜系统和/或光电子部件的矩阵的至少50%。在此，光电子模块可以借助所组成的总方向特性来构造，使得在该中央区域之内的方向特性具有与在中央区域之内的总方向特性的平均值的不大于20%的偏差。该偏差例如可以与所入射的/或所辐射的电磁波的电场强度有关。替代地或附加地，该均匀性定义例如也可以与所入射的和/或所辐射的电磁波的强度有关。
[0030]与传统光电子模块相比，总方向特性的均匀性可以根据本发明以不同的方式来改善。这样，例如至少一个透镜可以被设置在透镜系统的边缘处，所述透镜与被布置在透镜系统的内部的至少一个透镜相比在其方向特性方面具有更小的张角。尤其是，该张角可以为被布置在透镜系统的内部的至少一个透镜的张角的80%或更小，即与被布置在透镜系统的内部的至少一个透镜的张角相比减小到0.8倍或更小。特别优选地，该张角可以为被布置在透镜系统的内部的至少一个透镜的张角的60%或更小，即与被布置在透镜系统的内部的至少一个透镜的张角相比减小到0.6倍或更小。该条件可以与被布置在透镜系统的边缘处的唯一的透镜或被布置在透镜系统的边缘处的多个透镜有关。如上面所阐明的，可以对方向特性的张角进行逐级地或无级地改变。在具有一个或多个形式为发光二极管的光电子部件的光电子模块中，张角可以例如与辐射角有关。
[0031]在LED中，例如张角或辐射角被定义为如下角度，在该角度中辐射密度还为在相对于光轴的角度为0°时的最大辐射密度的50%。LED典型地被构造为朗伯辐射器。朗伯辐射器通常典型地具有大约60°的辐射角。上面提到的至少0.8的因子在这种情况下利用
0.8X60° =48°已经导致对张角的明显的限制，该张角在此例如也可以被称作准直角。对于LED，在强准直的情况下典型地还可设想向下直到5°的辐射角，其中用于准直应用的典型地合理的范围处于10°到30°的范围内。对于阵列的内部中的高耦合输出效率，30°到60°或更大的角度是典型的。
[0032]替代地或附加地，至少一个透镜也可以被设置在透镜系统的边缘处，其中所述透镜与被布置在透镜系统的内部的至少一个透镜相比具有其方向特性的更大的张角。例如，该透镜的张角可以为内部透镜的张角的120%或更大，即提高到1.2倍或更大。特别优选地，该透镜的张角可以为内部透镜的张角的140%或更大，即提高到1.4倍或更大。然而，其他构型原则上也是可能的。该条件又可以与被布置在透镜系统的边缘处的一个或多个透镜有关，其中原则上例如也可以无级地和/或逐级地改变张角。
[0033]透镜原则上可以具有一个或多个弯曲的表面。尤其是，透镜系统中的至少一个透镜可以具有表面完全部，该表面弯曲部具有至少一个凸状弯曲的区域和至少一个凹状弯曲的区域。凹状弯曲的区域例如可以环形地被凸状弯曲的区域围绕。如上面所阐明的，在此凸状弯曲的区域可理解为关于透镜的光轴具有会聚作用的区域，而凹状弯曲的区域可以理解为具有关于离开透镜的光的散射作用的区域。尤其是当光电子部件与透镜系统的材料直接接触或完全或部分地被嵌入到透镜系统中时，凸状弯曲的和凹状弯曲的区域尤其可以被布置在透镜系统的背离载体的一侧上。
[0034]光电子模块尤其可以是至少近似无边缘地被构造。尤其是，在光电子部件与载体的边缘之间的和/或在透镜系统与载体的边缘之间的最小距离可以小于10mm，优选地小于5mm并且特别优选地小于3mm。典型的距离在5mm以下，例如在0.5mm到2mm。
[0035]在本发明的另一方面中，提出一种光电子设备。光电子设备一般而言可理解为如下设备，该设备可以执行至少一种光电子功能、例如光发射的功能和/或光电检测的功能。光电子设备例如可以完全或部分地被构造为照明装置。
[0036]该光电子设备包括至少两个根据本发明的、即例如上面所述的或以下还要描述的构型中的一个或多个构型的光电子模块。光电子模块的载体在光电子设备中彼此相邻地、优选地以小于IOmm的距离、例如以小于1.0mm的距离被布置。
[0037]例如，光电子模块的载体可以至少彼此近似平行地、例如以小于10°、优选地小于5°的平行布置的角度偏差被布置。
[0038]然而，也可设想如下应用，在这些应用中载体可以在非平行的布置中被彼此对准。这样，在本发明的范围内，该设备也可以被实现为使得光电子模块的载体彼此倾斜地对准，例如以便实现空间角范围的有针对性的三维照明。关于这一点，例如可以参考本申请的 申请人:的家族的在后公开的德国专利申请DE 10 2010 013 286。在那里所示出的布置和设备在本发明的范围内也可以利用相应的根据本发明的修改来实现。这样，例如可以实现如下光电子设备，其包括多个根据本发明的光电子模块、尤其是光电子板上芯片模块，这些光电子模块至少成对地彼此邻接地或彼此以预先给定的距离来布置，其中每个光电子模块具有多个LED，例如各有至少一个LED阵列，其中至少一对相邻的光电子模块关于其面法线、例如其载体的面法线以如下角度被布置，该角度大于0° ,例如大于5° ,例如大于10°，例如大于15°，例如大于20°，例如大约30°。例如，如下面还要更详细阐明的那样，载体可以被布置在虚构的或真实的柱体的侧面上，该柱体可以具有多面体基面。在此，载体的外侧或内侧可以装配有光电子部件。例如，在相邻载体的面法线之间的角度在具有八边形基面的柱体的情况下为45°并且在具有六边形基面的柱体的情况下为60°。该角度可以固定地、例如通过光电子模块彼此的固定来构造，然而也可以构造为可变的，例如可调节的。
[0039]例如，光电子设备的模块可以产生纵向延伸的照明设备，其至少逐段地沿着其纵向延伸具有不规则或规则的多边形的横截面或被布置成规则的或不规则的多面体形状，尤其是被布置成柏拉图或阿基米德体。该光电子设备尤其可以形成照明设备，其形状是灵活的。
[0040]具有相对于彼此倾斜的光电子模块的光电子设备、例如照明设备例如可以被构造，使得光电子模块的LED指向外部或指向该设备的空腔中。
[0041]通过布置多个相对于彼此倾斜的光电子模块(例如具有大于10°的面法线相对于彼此的倾斜)，例如可以有针对性地实现三维形状，和/或可以有针对性地影响场叠加。尤其，这可以通过依赖于位置的光学系统成型来实现，以便在三维形状的情况下也能够实现有针对性的场分布。例如，根据本发明的设备中的两个或更多光电子模块和/或其载体可以被布置在柱体面上或形成柱体面，其中柱体例如可以具有六角形或八角形的基面。这样，例如围绕柱体的轴可以实现至少近似圆形均匀的场分布。
[0042]尤其是，光电子模块的载体可以被布置为使得光电子模块的载体的被装配侧指向相同方向。然而，在载体彼此非平行对准的情况下，如上面所阐明的，光电子模块的被装配侧也可以指向不同方向，例如以便实现有针对性的三维的照明。
[0043]在本发明的另一方面中，提出用于制造根据本发明的光电子模块、即例如根据上面所描述的或以下还要描述的构型中的一个或多个的光电子模块的方法。例如，原则上可以使用已知的方法、例如上面所描述的由现有技术已知的方法来制造光电子模块。尤其可以使用在DE 10 2010 044 470中和/或在DE 10 2010 044 471中所描述的方法，以便制造根据本发明的光电子模块或其部分。与此相应地，在本发明的范围内完整地参考这些制造方法。这样，尤其可以使用如下方法，在该方法中首先将载体预热到第一温度。接着，将至少一个坝形部施加到经预热的载体上，所述坝形部由热硬化过的高活性的第一硅树脂构成，所述硅树脂在第一温度下硬化，其中所述坝形部完全或部分地围绕载体的要涂覆的面或部分面。接着，载体的被坝形部包围的面或部分面利用液态的第二硅树脂完全或部分地填充，并且第二硅树脂可以被硬化。借助第一硅树脂和/或第二硅树脂可以制造透镜系统的一个、多个或所有透镜。对于其他构型可以参考DE 10 2010 044 470。替代地或附加地，光电子模块和/或透镜系统可以完全或部分地根据在DE 10 2010 044 471中所描述的方法来制造。这样，尤其是可以将液态的硅树脂浇注到向上开放的模具中，该模具尤其在至少一个模腔中具有对应于载体的外部尺寸或超过该外部尺寸的外部尺寸。此外，载体可以被引入到该模具中，其中光电子部件中的至少一个或者优选地所有光电子部件完全浸入硅树脂中并且载体的表面整面地接触硅树脂，或载体至少部分整面地浸入硅树脂中。此外，硅树脂可以被硬化并且与光电子部件和载体被交联。此外，具有由已硬化的硅树脂构成的涂层的载体可以从模具中取出。该模具尤其可以被构造为使得借助该模具、例如该模具的至少一个模腔由硅树脂成型具有至少两个透镜的透镜系统。
[0044]一般而言，为了制造根据本发明的光电子模块，尤其可以使用如下方法，在该方法中透镜系统被制造，使得透镜系统的至少一种可变形的原始材料、例如至少一种硅树脂与光电子部件并且优选地也与载体接触、成型和硬化。对于该方法的可能的扩展方案，可以参考上面的描述并且尤其可以参考上面所提到的现有技术。
[0045]在本发明的另一种方面中，提出根据本发明的、例如根据上面描述的或以下还要更详细描述的构型中的一种或多个的光电子模块针对曝光应用和/或辐照应用的应用。该应用尤其可以是利用紫外和/或红外光进行照射的应用。在曝光应用和/或辐照应用中，利用由光电子模块发射的电磁射束辐照至少一个工件，其中可以涉及原始材料和/或已经成型的工件。电磁射束例如可以包括紫外和/或可见和/或红外光谱范围中的光。优选地，该辐照可以为了干燥和/或硬化的目的和/或为了工件或其部分的光化学改性的目的而进行。
[0046]所提出的光电子模块、所提出的光电子设备、方法和应用相对于所提到的类型的已知的设备、方法和应用具有多种优点。尤其是可以实现有效的且可顺序排列的光源，该光源的照明分布在可调节的距离中具有非常高的照度。此外根据本发明可以满足高均匀性要求并且同时可选地在边缘区域中实现照明的足够陡峭的下降。尤其可以在工业制造领域中、例如在印刷工业中在光刻应用中实现应用，以便在印刷油墨和/或墨和/或光刻胶的情况下实现均匀且高品质的干燥图像。尤其是可以实现高于lOOmW/cm2、优选地高于1-20W/cm2直到lOOW/cm2的照度，以便在尽可能紧凑且能量有效的光源的情况下实现高的工艺速度。尤其是可以实现针对确定的应用的定制的光电子模块和/或光电子设备。
[0047]尤其是，光电子模块或光电子设备可以完全或部分地被构造为发光二极管光源。该发光二极管光源可以基于LED阵列来实现，这些LED阵列由于浇铸光学系统的可选的近似无边缘的施加而可以准无缝地例如以小于IOmm的距离顺序排列，以便实现均匀的场分布。在此，LED阵列相对于彼此的较大距离也可以通过上面所描述的用于依赖于位置成型透镜系统的透镜光学系统的可能性来补偿。
[0048]在彼此排列的情况下，尤其是各个LED阵列的光通量尤其是在发射的重叠区域中相加。为了也在两个或更多个LED阵列的辐射重叠的区域中满足均匀性要求，各个LED阵列的发射尤其应在边缘区域中与此协调。
[0049]为了满足均匀性要求并且同时例如实现在多个阵列的外部边缘处的陡峭下降的照度，透镜布置的阵列的透镜形状可以在顺序排列方向上变化。尤其是在边缘区域中的照度的陡峭下降可能是必要的，以便能够在均匀性要求适用的空间方向上将灯构造得尽可能小。
[0050]透镜阵列的中间透镜例如可以被构造为更容易(eher)散射，即例如具有更大的张角，而外部透镜可以被设计为更容易准直。由此，例如一般来自阵列中心的光被换向到边缘区域中，并且由此照度可以在边缘区域中更强烈地下降。此外，对应于LED灯之一的面中的照度可以在该灯之前在限定的距离中被均匀化，其中均匀面的区域可以被最大化。
[0051]如上面所阐明的，在本发明的范围内这些优点可以以不同的方式来实现。尤其是可以设置如下的透镜，这些透镜具有有凸状弯曲部和凹状弯曲部的区域。这样，例如一个弯曲部可以尤其是在一个空间方向上通过透镜中心来看横截面时从凸状走向过渡到在透镜中心凹状的区域中。根据该区域的设计，透镜于是可以更容易起准直作用或更容易起散射作用。
[0052]替代地或附加地，该效应可以通过在光电子部件、尤其LED之上的各个透镜的透镜高度的变化来增强。与此相比，由现有技术通常已知具有相同透镜、例如具有在中心的透镜的平面构型的透镜系统，如尤其是在US 7,819, 550 B2中所描述的。与现有技术相比，因此根据本发明可以充分满足对均匀性和/或陡峭下降的边缘区域的要求。由于根据本发明的构型要承担的额外费用由于例如用于制造透镜系统的相应模具的一次性设计改变的可能性、尤其是鉴于在能量效率的提高和光电子部件和光电子设备的紧凑型方面可得到的结果而被保持在正当合理的范围内。
[0053]通过合适地构造透镜系统和透镜的方向特性的位置依赖性可以实现其他有利的效果。尤其是，通过透镜与所分配的光电子部件、例如所分配的发光二极管之间的有针对性的偏心，可以实现在边缘区域中的照度的附加地陡峭的下降。替代地或附加地，可以实现透镜相对于在顺序排列方向上的LED的偏心。例如，可以使用光电子部件阵列和透镜阵列，其中可以实现在这些阵列的间距方面的不同可能性。例如，光电子部件的阵列的均匀间距可以与透镜阵列的不均匀间距组合，或相反。也可设想光电子部件的阵列的不均匀间距与透镜阵列的不均匀间距。
[0054]光电子设备中的多个光电子模块的顺序排列可以在一个空间方向上或也在两个空间方向上进行。此外，也可以实现非对称的透镜形状。透镜大小、尤其透镜的基面和/或高度可以在透镜系统之内依赖于位置而变化。此外，可以单独地或以组合利用根据本发明的措施，以便实现在要照明的区域的确定区域中照度的有针对性的提高。通常，这例如与灯的边缘区域中的较平坦的下降相联系。上面提到的措施的组合尤其可以得到在可调节的工作距离中在可供使用的光通量的总体高的水平上照度的均匀分布。
[0055]通过根据本发明的措施(单独地或组合地)，此外可以使用板上芯片技术的优点，以便实现来自光电子模块的比较小的面的高光通量。尤其可以实现尽可能高的LED封装密度和良好的热管理。尤其通过上面所描述的浇注光学系统的优选的构型可以有效地利用光，以便在确定的距离中、例如在光电子模块、例如LED芯片之上2mm直到数十cm产生所期望的照明分布。例如，典型地为5-200_的距离可以根据光电子模块和/或光电子设备的大小来使用。通常例如可以使用高于100mW/cm2、典型地l_20W/cm2直到典型地100W/cm2的照度。同时，透镜系统、尤其是透镜系统的浇注光学系统、光电子部件、例如LED也可受保护以防外部影响、如污物、湿气和机械影响。
[0056]各个透镜的作用可以与光电子部件、尤其是LED的精确阵列位置匹配。这例如可以通过透镜的透镜形状和相对于光电子部件、例如LED的透镜位置或相对于透镜的光电子部件、例如LED的位置的变化来实现。由此可能的是，与是否存在相邻阵列无关地在确定距离中获得均匀的照度并且同时可选地实现在处于外部的阵列处的清晰地突出的边缘区域。由此可以在确定距离中有效地实现照度的目标分布。陡峭的边缘下降可以使所需的灯长度最小化并且降低费用，其中同时可以提高紧凑性。来自各个阵列的发光二极管光源的可顺序排列性可以保证在可实现的总大小上的大自由度。光电子设备尤其可以模块化地构建。在具有多个模块化地安置在一起的光电子模块的模块化结构中，例如在一个光电子模块有缺陷和/或一个阵列有缺陷时可以进行该光电子模块或阵列的替换。这可以明显降低在替换时由此形成的费用并且简化与此相联系的服务。
[0057]对方向特性的影响、例如对在LED模块之前的照度分布的影响可以在两个垂直于发射面的法线的空间方向上也可分离地优化。原则上，即使在三维LED阵列布置、例如彼此相对倾斜的LED阵列或柔性衬底的情况下也可以通过所描述的根据本发明的构型实现有针对性的场分布。
[0058]在需要时，陡峭的边缘降低的上面所描述的效果也可以相反地变换并且变换为相反效果(Gegenteil)。通过有意识地将边缘下降保持为平坦，可以以其他方式来分配可供使用的光。这样，例如代替在整个灯长度上均匀的照度，在各个阵列之前在中央产生高照度。
[0059]总之，根据本发明尤其可以生成与不同的工艺几何结构和工艺流程可匹配的由高功率LED阵列构成的模块化系统，这些高功率LED阵列可以在运行中实现高效率。LED阵列的良好的热管理和有效的微光学系统此外可以提供根据要求基于水冷却或空气冷却设计LED光源的自由度。
【专利附图】

【附图说明】
[0060]以下在不限制一般的发明构思的情况下借助实施例参照示意图来描述本发明， 其中关于所有在文中未更详细地阐述的根据本发明的细节明确地参考附图。其中:
图1示出根据本发明的光电子设备的一个实施例，该光电子设备具有多个近似无边缘的光电子模块，所述光电子模块彼此顺序排列；
图2A-4B分别示出具有多个光电子模块的光电子设备以及相关的辐射特性；
图5示出根据本发明的具有依赖于位置的辐射特性的光电子模块的放大图；以及 图6A-7B又分别示出具有多个光电子模块的光电子设备以及相关的辐射特性。
[0061]在所附的图中，相同或类似的元件或相应部分分别配备有相同的附图标记，使得放弃相应的重复的介绍。
【具体实施方式】
[0062]尤其并且在不限制其他可能的构型的情况下作为光电子模块并且尤其是板上芯片模块的例子借助板上芯片LED模块、即借助发光体来阐述本发明。在本发明的范围内，代替LED模块，也可以使用太阳能电池中的光电二极管或其他部件作为光电子部件。
[0063]在图1中不出了根据本发明的光电子设备110的第一实施例，该光电子设备由多个、在该情况下3个彼此顺序排列的光电子模块112组成。光电子设备110例如可以被构造为辐照设备。光电子模块112例如可以分别被构造为板上芯片模块114。
[0064]光电子模块112分别包括载体116，其至少部分平面地被构造并且例如以板上芯片技术将光电子部件118、例如未罩外壳的光电子部件118施加到该载体上。在不限制其他构型的情况下，以下假设，这些光电子部件118为发光二极管120。这些光电子部件118以阵列被布置在载体118上，使得例如形成发光二极管阵列。
[0065]此外，光电子模块112分别具有至少一个透镜系统122、例如微透镜系统，其在所示的实施例中作为透镜124、例如微透镜的阵列示出。这些透镜124如下面还要更详细阐述的那样具有依赖于位置的方向特性、尤其是依赖于位置的辐射特性，使得透镜124分别位于光电子模块112之内，这些透镜必要时与相关的光电子部件118或所分配的发光二极管120共同作用而具有彼此不同的方向特性。
[0066]透镜系统122例如可以利用浇注技术来制造。为此例如可以使用上面所描述的方法。尤其是利用这种浇注技术或利用其他技术可以实现光电子模块112的几乎无边缘的构型，使得例如在最外部的透镜124与载体116的边缘126之间的距离d小于10mm、优选地小于5_并且尤其是小于3_。通过浇注光学系统的几乎无边缘的施加可以准无缝地顺序排列发光二极管120的阵列。
[0067]如在图2A和图2B中所示，在每个光电子模块112上的各个光电子部件118的方向特性分别相加成光电子模块112的总方向特性。在此，图2A (类似于图1但颠倒的图示)不出具有两个光电子模块112的光电子设备110。图2B不出光电子模块112的各个光电子部件118的总方向特性，在那里分别用附图标记128表示。用附图标记130表示各个光电子模块112的总方向特性120。在此，在到光电子设备110的预先给定的距离中的电场强度E的测量值被用作方向特性，其中沿着平行于光电子模块112的表面的位置坐标X进行测量。然而原则上对方向特性的其他类型的测量也是可能的，例如相对于光电子设备110的发光面的角度法线的依赖于角度的测量。
[0068]如果LED阵列如在图2A中那样彼此排列，则其光通量相加。在各个光电子模块112的中点之间的距离一般而言被称作间距P。在LED之间的距离保持恒定的顺序排列中，即在保持间距的顺序排列中，在确定的距离中所得到的照度因此很大程度上是均匀的。
[0069]在图3A和图3B中与此相对地以与图2A和图2B类似的图示示出了一种构型，其中在光电子模块112之间出现较大的距离D。因此，在此情况下涉及光电子模块112的不保持间距的顺序排列。与此相应地，所得到的照度在光电子模块112之间的区域中并不均匀。
[0070]此外，在图3A中象征性地示出了与相关的光电子部件118或发光二极管120共同作用的各个透镜124的辐射特性并且用a和b表示。例如，在此情况下可以涉及边缘射束，其沿着一条线走向，其中电场强度和/或强度下降到最大值的一半。
[0071]在图4A和图4B中，以类似于图3A和图3B的图示示出了透镜124的方向特性的变化的效果。这样，示出了在透镜阵列的内部中的、必要时与相关的光电子部件118或发光二极管120共同作用的透镜124，其具有辐射特性a，而在光电子模块112的透镜系统122的边缘处的透镜124具有辐射特性b。例如,辐射特性a可以具有辐射角α，而辐射特性b具有辐射角β。不同的辐射特性a、b例如可以通过透镜形状和/或透镜高度和/或透镜124相对于所分配的光电子部件118的对准的变化来实现。例如，即使在不保持间距的顺序排列的情况下，在顺序排列方向上的透镜124的透镜形状的变化在确定距离中也可以产生很大程度上均匀的照度。与此相应地，通过方向特性的变化，例如根据图4B的总方向特性130在光电子模块112之间的区域中比在根据图3A和图3B的构型中明显更均匀。例如，透镜阵列的中间透镜124可以被构造为更容易散射，如在图4A中所示，并且在透镜系统的边缘处的透镜可以被设计为更容易准直，如在图4A中通过较小的辐射角β所示。
[0072]透镜124的方向特性的变化可以如上所述以不同方式实现，这些方式也可以被组合。这样，例如在图5中示出了光电子模块，其中透镜124有针对性地相对于所分配的光电子部件118、例如发光二极管120偏心和/或以其他方式偏移。这样，例如可以定义用于光电子部件118或所分配的透镜124的光轴132、133。例如，用于每个光学部件118的光轴132可被定义为直线，该直线在中心延伸通过光电子部件118的有源面136、例如发射面。例如，透镜124的对称轴可以被理解为透镜的光轴134，其中然而原则上不对称的构型也是可能的。如在图5中所示，彼此分配的部件118、124的光轴132、134可以彼此平行地偏移。在图5中象征性地用δ表示的这种平行偏移可以依赖于位置来构造，如在图5中所示。这样，在透镜阵列的中心可以出现偏移S，而在透镜阵列的边缘区域中可以出现最大可能的偏移。由此，在透镜阵列的边缘区域中得出非对称的方向特性，其在所示的实施例中示范性地更强地被定向到透镜系统的中心。替代于或附加于光轴132、134的纯平行偏移，也可以出现角度偏移。此外，在图5中也示出了透镜124的高度H以及透镜124的形状替代地或附加地可以被改变。总之，通过所提到的措施中的一个、多个或所有，例如可以实现单独的光电子模块112或整个光电子设备110的总方向特性130的附加的更为陡峭的边缘下降。
[0073]在图6Α和图6Β中，以例如类似于图2Α和图2Β的图示示出了通过具有三个例如分别根据图5中的构型的光电子模块112的光电子设备110的截面以及相关的总方向特性130(图6Β)。例如，如上面所阐明的，在顺序排列方向(例如图6Β中的方向X)上的透镜124的透镜形状可以被改变和/或透镜124可以根据其阵列位置相对于光电子部件118或发光二极管120偏心，和/或透镜高度H可以根据阵列位置被改变。作为结果，例如，如在图6Β中可看到的那样，在可调节的工作距离中可以得到具有高照度的均匀分布。[0074]虽然在根据图4A和图4B的实施例中在透镜阵列的边缘区域中的透镜124中选择了与在中间区域中相比具有更小的张角β的方向特性，但是原则上替代地或附加地也可以实现其它的构型。这样，例如在图7Α和图7Β中示出了如下构型，在该构型中例如通过上面所示的措施中的一个、多个或所有，在透镜阵列的内部区域中的透镜具有比在边缘区域中的透镜(张角α )更小的辐射角β。总之，较平坦的边缘下降例如可以被用于保证在到光电子设备110的预先给定的例如可调节的工作距离中附加地提高的照度。
[0075]附图标记列表 110光电子设备 112光电子模块 114板上芯片模块 116载体
118光电子部件 120发光二极管 122透镜系统 124透镜 126边缘
128光电子模块的总方向特性 130光电子设备的总方向特性 132光电子部件的光轴 134光电子透镜的光轴 136有源面。
【权利要求】
1.光电子模块(112)，尤其是光电子板上芯片模块(114)，其中所述光电子模块(112)包括载体(116)，其中所述载体(116)平面地被构造，所述光电子模块此外包括多个被布置在所述载体(116)上的光电子部件(118)，其中所述光电子模块(112)此外包括具有多个透镜(124)的透镜系统(122)， 其特征在于， 所述透镜系统(122)具有至少两个透镜(124)，所述透镜具有不同的方向特性。
2.根据上述权利要求所述的光电子模块(112)，其中所述光电子部件(118)以一维或二维阵列、尤其是以一条线或以二维矩阵被布置在所述载体(116)上。
3.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中所述光电子部件(118)选自由以下二极管构成的组:发光二极管(120)、尤其是表面发射的发光二极管，和光电二极管。
4.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中具有不同方向特性的所述至少两个透镜(124)包括具有不同表面弯曲部的透镜(124)。
5.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中具有不同方向特性的所述至少两个透镜(124)包括具有不同高度的透镜(124)。
6.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中具有不同方向特性的所述至少两个透镜(124)包括具有不同基面的透镜(124)。
7.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中具有不同方向特性的所述至少两个透镜(124)包括透镜(124)，在所述透镜中所述透镜(124)的每个光轴以不同的方式相对于所述光电子部件(118)的每个光轴被对准。
8.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中所述透镜系统(122)包括至少一个透镜(124)，其中所述透镜(124)的光轴(134)相对于被分配给所述透镜(124)的光电子部件(118)的光轴(132)偏移地布置。
9.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中所述透镜系统(122)被构造为使得每个光电子部件(118)被分配恰好一个透镜(124)。
10.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中至少一个透镜(124)被设置在所述透镜系统(122)的边缘处，其中所述透镜(124)与至少一个被布置在所述透镜系统(122 )的内部中的透镜(124 )相比具有方向特性的更小的张角。
11.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中至少一个透镜(124)被设置在所述透镜系统(122)的边缘处，其中所述透镜(124)与至少一个被布置在所述透镜系统(122)的内部中的透镜(124)相比具有方向特性的更大的张角。
12.根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中所述透镜系统(122)的至少一个透镜(124)具有表面弯曲部， 该表面弯曲部具有至少一个凸状弯曲的区域和至少一个凹状弯曲的区域。
13.根据上一权利要求所述的光电子模块(112)，其中所述凹状弯曲的区域环形地被所述凸状弯曲的区域围绕。
14.光电子设备(110)，包括至少两个根据上述权利要求之一所述的光电子模块(112)，其中所述光电子模块(112)的载体(116)彼此相邻地被布置在所述光电子设备(110)中。
15.用于制造根据涉及光电子模块(112)的上述权利要求之一所述的光电子模块(112)的方法，其中透镜系统(122)尤其是在使用浇注方法的情况下被制造，使得所述透镜系统(122)的至少一种可变形的原始材料与光电子部件(118)接触、成型和硬化。
16.根据涉及光电子模块(112)的上述权利要求之一所述的光电子模块(112)的应用， 用于曝光应用和/或辐照应用，其中利用由所述光电子模块(112)发射的电磁射束来辐照至少一 个工件。
【文档编号】H01L25/075GK103918077SQ201280035543
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年7月6日 优先权日:2011年7月18日
【发明者】S.沙特, M.派尔, H.迈维格, F.奥斯瓦尔德, M.克劳埃尔 申请人:贺利氏特种光源有限责任公司