DE69530221T2 - Anordnungen von optoelektronischen bauelementen und herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die US-Regierung besitzt eine bezahlte Lizenz an dieser Erfindung und das Recht, unter bestimmten Umständen den Patentinhaber auffordern zu können, Dritten unter vernünftigen Bedingungen eine Lizenz zu erteillen, wie es durch die Bedingungen für die Bewilligung Nr. NASW-4909 der National Aeronautics and Space Administration festge- legt wird.
  • Die vorliegende Erfindung, betrifft Arrays von optoelektronischen Bauelementen wie Leuchtdioden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum kostengünstigen Herstellen von solchen Arrays.
  • Bisher wurden Arrays von Leuchtdioden (LEDs) und andere optoelektronische Bauelemente vor allem für Indikatoren und als Anzeigen benutzt. In letzter Zeit wurden, solche Arrays jedoch auch als Quelle für einen Strahlungsfluß genutzt. Mit Bezug autoptoelektronische Bauelemente wird die Bezeichnung "Leistung" oft gleichwertig mit der Bezeichnung "Strahlungsfluß" verwendet. Sowohl der Stralungfluß als auch die Leistung werden in Watt gemessen. Die Anwendungen für LED-Arrays, bei denen die LEDs als Quelle für einen Strahlungsfluß verwendet werden, umfassen Klimakammern für die Auf- zucht von Pflanzen und medizinische Anwendungen bei der photodynamischen Therapie.
  • Unabhängig davon, ob die LED-Arrays für Anzeigen oder als Quelle für einen Strahlungsfluß verwendet werden, ist es oft wünschenswert, bei bestimmten Anwendungen großformatige Arrays zu haben. Zum Beispiel können für die Aufzucht von Pflanzen große Arrays Anwendung finden, wobei rote und blaue LEDs einer großen Anzahl von Pflanzen Lichtenergie mit den günstigsten Wellenlängen zuführen.
  • Es gibt verschiedene Probleme bei der Verwendung von Arrays, insbesondere bei großen Arrays von optoelektronischen Bauelementen. Ein Problem stellen die Herstellungskosten für die Arrays dar. Die bekannten LED-Arrays sind bei einer Herstellung im Großformat teuer, da zum Erzeugen der Arrays viele Komponenten und Herstellungsschritte erforderlich sind.
  • Ein anderes Problem bei den bekannten LED-Arrays ist die Abfuhr der Wärme, die von den optoelektronischen Bauelementen erzeugt wird Damit ein LED-Array als Quelle eines Strahlungsflusses wirkungsvoll ist, muß dem Array genügend Energie zugeführt werden damit die Lichtausgangsleistung des Arrays der Abgabe von 1 bis 10 Sonnen oder mehr gleichwertig ist. Wenn die Lichtausgangsleistung des Arrays sehr hoch ist wird jedoch auch viel Wärme erzeugt. Das Erfordernis, die von dem LED-array erzeugte Wär- me abführen zu können, stellt in der Tat eine der größten Einschränkungen für die Gesamt- Lichtausgangsleistung des Arrays dar.
  • In den Patent Abstracts of Japan, Bd. 10 Nr. 244 (E-430) vom 22. August 1986 (entspricht der JP-A-61 075 570) ist ein Zuleitungsrahmen mit einem Paar von Zuleitungen beschrieben, die sich davon weg erstrecken. Zwischen jedes Paar von Zuleitungen ist ein LED-Chip geschaltet, wonach der Zuleitungsrahmen so geschnittene ist, daß die Chips in Reihe miteinander verbunden sind. Die Einheit ist mit einem Gehäuse mit einem Steckerverbinder an einem Ende und einem Buchsenverbinder am anderen Ende versehen und bildet so eine blockformige Lichtquelleneinheit.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es wird ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen von Arrays von optoelek- tronischen Bauelementen wie Leuchtdioden geschaffen.
  • Die Aspekte der vorliegenden Erfindung sind wie den beiliegenden Ansprüchen genannt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Array dadurch hergestellt, daß eine Anzahl von Modulen einzeln hergestellt wird und dann die Module mechanisch und elektrisch miteinander verbunden werden, um ein Array der gewünschten Größe zu bilden. Das Array wird dann elektrisch mit einer energiequelle ver- bunden. Jedes der Module kann ein oder mehr optoelektronische Bauelemente enthalten. Die Module können parallel oder in Reihe miteinander verbunden werden, um die ge-wünschte Konfiguration bzw. das gewünschte Strahlungsfluß-Ausgangssignal zu erhalten.
  • Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen der einzelnen Module umfaßt das Ausbilden wenigstens eines Zuleitungsrahmensubstrats, das Aufbringen eines Isoliermaterials auf Teile des Zuleitungsrahmensubstrats durch Gießen, oder dergleichen um eine Zuleitungsrahmeneinheit zu erzeugen, und das Anbringen wenigstens eines optoelektronischen Bauelements an der Zuleitungsrahmeneinheit. Danach wird eine Reflektoreinheit mit we- nigstens einem Reflektor ausgebildet und die Reflektoreinheit derart an der Zuleitungsrahmeneinheit angebracht, daß sich in der Nähe jedes optoelektronischen Bauelements ein Reflektor befindet. Jede der Zuleitungsrahmeneinheiten oder der Reflektoreinheiten ist derart mit Stecker- und Buchsenverbindern versehen, daß benachbarte Module mechanisch unter Bildung des Arrays verbunden werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt ein einmaliges Array von optoelektroni- schen Bauelementen, das von einer Anzahl von miteinander verbunden Modulen gebil- det wird. Jedes der Module weist wenigstens ein U-förmiges Zuleitungsrahmensubstrat auf. Wenn eine Anzahl von Zuleitungsrahmensubstraten in einem Modul verwendet wird, werden die einzelnen Substrate durch das Isoliermaterial elektrisch voneinander getrennt und mechanisch zusammengehalten. Wenigstens einige der Zuleitungsrahmensubstrate weisen ein optoelektronisches Bauelement das an der Oberseite davon angebracht ist. Jedes Bauelement ist elektrisch mit zwei Zuleitungsrahmensubstraten verbunden.
  • Das Modul gemäß Patentanspruch 1 der vorliegenden Erfindung kann auch eine Anzahl von Justierelementen aufweisen, die die Reflektoreinheit ausrichten, die an der Oberseite der Zuleitungsrahmeneinheit angegbracht wird. Die Reflektoreinheit ist eine gegossene Komponente, die für jedes der optoelektronischen Bauelemente im Modul einen Reflektor aufweist. Jeder der einzelnen Reflektoren ist mit einem reflektierenden Material wie Chrom beschichtet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind an den einzelnen Reflektoreinheiten auch Verbinder angebracht, die dazu verwendet werden, die Reflektoreinheiten benachbarter Module miteinander zu verbinden.
  • Die einzelnen Zuleitungsrahmensubstrate bestehen aus einem Metall oder einer Metalllegierung und wirken als Wärmesenke, die eine große Wärmemenge abführen kann. Für das LED-Array sind daher keine Ventilatoren oder Wasserkühler erforderlich, um die Wärme abzuführen, die von den Leuchtdioden erzeugt wird.
  • Mit der vorliegenden Erfindung können die Kosten für die Herstellung von großen Arrays von Leuchtdioden verringert werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann auch ein Array von Leuchtdioden geschaffen werden, das eine hohe Ausgangsleistungaufweist wobei die von dem Array erzeugte Wärme auf kostengünstige Weise abgeführt wird.
  • Mit der vorliegenden Erfindung können die LEDs auch über ihre typischen oder Nenn-Vorwärtssrtöme hinaus betrieben werden, da die vom LED-Array erzeugte Wärme effektiv abgeführt wird, wodurch die Strahlungsfluß-Ausgangsleistung des Arrays mit weniger LED-Komponenten ansteigt.
  • Im folgenden wird beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Aufsicht auf eine Anzahl von Zuleitungsrahmensubstraten.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Anzahl von Zuleitungsrahinensubstra- ten, nachdem sie zu U-förmigen Elementen gebogen wurden.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Zuleitungsrahmeneinheit, nachdem darauf ein Isoliermaterial aufgebracht wurde.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Zuleitungsrahmeneinheit, nachdem daran optoelektronische Bauelemente angebracht wurden.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Reflektoreinheit.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines vollständigen Moduls.
  • 7 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Teils des Moduls der 6.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines vollständigen Arrays von optoelektro- nischen Bauelementen.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die 1 zeigt eine Anzahl von Zuleitungsrahmen, die hier als Substrate 10, 12, 14, 16, 18 und 20 bezeichnet werden. Die Zuleitungsrahmensubstrate 10 bis 20 bestehen aus einen hoch leitfähigen Metall wie Kupfer, Aluminium oder Nickel. Die Substrate 10 bis 20 können durch Stanzen, Laserschneidenoder eine Photobearbeitung hergestellt wer- den.
  • Jedes der Substrate 12 bis 20 weist einen integralen Vorsprung 12a, 14a, 16a, 18a und 20a auf der als Anbringungspunkt für den Zuleitungsdraht von einem optoelektroni- schen Bauelement auf dem benachbarten Zuleitungsrahmensubstrat verwendet wird. Das Substrat 10 besitzt keinen solchen Vorsprung.
  • Das Substrat 10 weist ein Paar von elektrischen Anschlüssen 10a auf, die beide entweder als Eingangsanschlüsse für das vollständige Moduloder als Ausgangsanschlüsse verwendet werden. Gleichermaßen weist das Zuleitungsrahmensubstrat 20 ein Paar von elektrischen Anschlüssen 20b auf die entweder als die Ausgangsanschlüsse oder als die Eingangsanschlüsse des vollständigen Moduls dienen können. Wenn die Anschlüsse 10a als Eingangsanschlüsse dienen, stellen die Anschlüsse 20b die Ausgangsanschlüsse des Moduls dar und umgekehrt.
  • Jedes der Zuleitungsrahmensubstrate 10 bis 20 ist an zwei Extrastücke 22 und 24 befestigt, die beim Stanzprozeß ausgebildet werden.
  • Die ausgestanzten Zuleitungsrahmensubstrate 10 bis 20 werden dann in einer Presse mit Stempel- und Aufnahmeelementen in eine im wesentlichen U-förmige Konfiguration gebracht, und die Stücke 22 und 24 werden entfernt. Die gebogenen Zuleitungsrahmen- substrate sind in der 2 gezeigt. Wie in der 2 dargestellt, befinden sich zwischen den benachbarten Substraten Zwischenräume 11 bis 19. Diese Zwischenräume werden mit einem Isoliermaterial gefüllt, wie es im folgenden beschrieben wird.
  • Wie in der 2 ebenfalls dargestellt, liegen die Vorsprünge 12a bis 20a jeweils in einer Aussparung 10b bis 18b im benachbarten Zuleitungsrahmensubstrat.
  • Die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform besteht zwar aus einem Modul mit funf optoelektronischen Bauelementen und sechs Zuleitungsrahmensubstraten, es ist jedoch klar, daß die erfindungsgemäßen Arrays auch mit nur zwei Zuleitungsrahmen substraten und einem einzigen optoelektronischen Bauelement oder mit mehr als fünf Zuleitungsrahmensubstraten und optoelektronischen Bauelementen hergestellt werden können. Die Anzahl der Substrate und optoelektronischen Bauelemente in einem Modul hängt von den Konstruktionsvorgaben, den Werkzeugkosten, dem zur Verfügung stehenden Platz und von Energieüberlegungen für das fertige Array ab.
  • Um die elektrischen Verbindungen zwischen den optoelektronischen Bauelementen und den Substraten zu verbessern, kann es wünschenswert sein, über wenigstens einem Teil der Oberseiten der Substrate 10 bis 20 ein weiteres elektrisch leitendes Material anzu- ordnen. Die Oberflächen können mit diesem zusätzlichen leitenden Material überzogen werden, und es kann an den Stellen punktuell vorgesehen werden an denen die optoelek- tronischen Bauelemente und die Zuleitungsdrähte mit den Substraten in Verbindung stehen, oder es kann dort eingelegt werden, wo die optoelektronischen Bauelemente undo die Zuleitungsdrähte mit den Substraten in Kontakt stehen. Das zusätzliche leitende Material ist vorzugsweise Nickel, Gold oder Silber, es können aber auch andere Materialien verwendet werden. Wenn als primäres Substratmaterial Kupfer verwendet wird, ist es besonders vorteilhaft, dort ein weiteres Metall aufzubringen, wo die optoelektronischen Bauelemente mit dem Substrat in Verbindung stehen, da es oft schwierig ist, die optoelektronischen Bauelemente mit Kupfer zu verbinden, um dadurch eine zuverlässigere metallische Verbindung zu schaffen.
  • Der nächste Schritt im Herstellungsprozeß ist das Anordnen eines Isoliermaterials in den Zwischenräumen 11, 13, 15, 17 und 19 zwischen den Substraten l0 bis 20 sowie an den Ecken der Substrate. Dieses Isoliermaterial dient dazu, einen Kurzschluß zwischen den Substraten und zwischen Substraten benachbarter Module zu verhindern. Ein weiterer primärer Zweck des Isoliermaterials ist es, die Substrate 10 bis 20 im Modul zusammenzu- halten.
  • Die 3 zeigt den Zuleitungsrahmen nach dem Anbringen des Isoliermaterials.
  • Wie in der 3 gezeigt, sind die Zwischenräume 11 bis 19 mit dem Isoliermaterial ge- füllt; auch Teile der Aussparungen 10b bis 18b sind damit gefüllt. An den äußeren Rändern der Substrate 10 bis 20 sind Stege 26 bis 29 aus dem Isoliermaterial ausgebildet. Das isoliermaterial wird auch dazu verwendet werden, die Reflektoreinheit auszurichten, wie es am besten in der 6 zu sehen ist.
  • Das Isoliermaterial wird vorzugsweise dadurch aufgebracht, daß die Zuleitungsrahmeneinheit (2) in eine Form eingesetzt wird und das Isoliermaterial um die Zuleitungsrahmeneinheit spritzgegossen wird. Ein besonders geeignetes theroplastisches Material das für das Isoliermaterial verwendet werden kann, ist als Acrylnitril-Butadien- Styrol oder ABS bekannt. Dieses Material kann glasfaserverstärkt sein, es ist von einer Anzahl von Herstellern einschließlich GE Plastics in Pittsfield, MA und von Monsanto lieferbar.
  • Nach dem Ausformungsschritt ist die in der 3 gezeigte Einheit etwa 1 Zentimeter breit, 5 Zentimeter lang und 2,5 Zentimeter hoch. Diese Abmessungen wunden so ge wählt; daß das fertige Array (8) in jedem Zentimeter in beiden Richtungen der Ebene je ein optoelektronisches Bauelement aufweist, wodurch sich eine ausreichende Ausgangs- leistung für das Wachstum von Pflanzen ergibt. Zum Beispiel kann das in der 8 gezeigte Array zur Hälfte aus roten LEDs und zurHälfteaus blauen LEDs zusammengesetzt sein. Die Ausgangsleistung der blauen LEDs liegt bei Wellenlängen im Bereich von 400 bis 500 Nanometern bei 50 Mikromole pro Quadratmeter pro Sekunde. Die roten LEDs haben bei Wellenlängen im Bereich von etwa 640 bis 700 Nanometern eineAusgangslei- stung von etwa 500 Mikromole pro Quadratmeter pro Sekunde. Das Gesamtarray hat damit eine Ausgangsleistung von etwa 550 Mikromole pro Quadratmeter pro Sekunde, wenn die LEDs jeweils einen Zentimeter voneinander entfernt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält jede modulare Einheit LEDs vom gleichen Typ, rot oder blau. Um die gewünschte Ausgangsleistung bei den gewünschten Wellenlängen zu erhalten werden Module unterschiedlichen Typs miteinander verbunden. Natürlich können die LEDs in dem sich ergebenden Array auch alle vom leichen Typ dassein, und das Array kann auch unterschiedliche Anteile von roten und blauen Bauelementen umfassen.
  • Der nächste Schritt im Herstellungsprozeß ist Anbringen der einzelnen opto- elektronischen Bauelemente am Modul. Wie in dem am 11. Januar 1994 an Ignatius et al. ausgegebenen US-Patent Nr. 5 278 432 beschrieben ist, das hierdurch Bezugnahme einge- schlossen wird, können die roten optoelektronischen Bauelemente GaAIAs-LEDs sein, die von der Mitsubishi Kaisi Polytech of Japan hergestellt werden und die von Showa Denkoa oder von Stanley, beide in Japan, oder von Hewlett-Packard in Palo Alto, Kalifornien, bezogen werden können. Die blauen optoelektronischen Bauelemente können Siliziumkarbid-LEDs sein, die von Cree Research Inc. in Durham, Nord-Carolina verkauft werden. Die LEDs sind vorzugsweise epitaxial ausgebildete Dioden mit einem doppelten Heteroübergang und zweifacher Energie, die im wesentlichen monochromatisches Licht emittie- ren. Bei diesen LEDs befindet sich eine Elektrode am Boden des Bauelements, der mit dem Zuleitungsrahmensubstrat elektrisch verbunden werden muß. Die Positionen der Bauelemente 32 bis 40 auf den Substraten 10 12, 14, 16 und 18 sind in der 4 gezeigt.
  • Eine Möglichkeit des Verbindens der Bauelemente 32 bis 40 mit den Substraten ist die Verwendung eines elektrisch leitenden Epoxydharzes. Ein geeignetes leitendes Epoxydharz wird von Ablestik in Rancho Dominquez, Kalifornien, hergestellt und unter dem Handelsnamen ABLEBOND Typ Nr. 84-1LMIT verkauft. Die bevorzugte Art des Anbringens der Bauelemente an den Zuleitungsrahmensubstraten ist jedoch das eutektische Verbinden mit einer metallischen Legierung wie einer Indium-, Blei- oder einer Zinnlegie- rung. Bei dem Schritt des eutektischen Verbindens wird die metallische Legierung zwi- schen der LED-Elektrode und dem Zuleitungsrahmensubstrat aufgeschmolzen, mit dem Ergebnis eines viel kleineren thermischen Widerstandes als bei der Verwendung eines elektrisch leitenden Epoxydharzes. Ein geringer thermischer Widerstand ist sehr vorteilhaft, da ein kleinerer Widerstand eine bessere Wärmeabfuhr von den optoelektronischen Bauelementen zur Wärmesenke aus den Zuleitungsrahmensubstraten zur Folge hat. Ein weiterer Vorteil des geringeren thermischen Widerstandes, der mit dem eutektischen Ver binden erhalten wird ist, Wärmeabfuhr ermöglicht, die LEDs mit mehr als ihrem typischen oder Nenn-Vorwärtstrom zu betreiben. Dadurch erhöht sich die Ge- samt-Ausgangs-Strahlungsflußdichte des LED-Arrays mit wen ger LED-Komponenten.
  • Der nächste Schritt beim Anbringen der optoelektronischen Bauelemente an den Substraten ist das Verlegen eines Zuleitungsdrahtes von der andere Elektrode des Bauele- ments, die sich an der Oberseite des Bauelements befindet, zudem vorstehenden Abschnitt des benachbarten Substrats. In der 4 führt der Zuleitungsdraht Elektrode des Bauelements 32 zum Vorsprung 12a des Substrats 12. Gleichermaßen führt ein Zuleitungs-draht vom Baulelement 34 zum Vorsprung 14a, vom Bauelement 36 zum Vorsprung 16a, vom Bauelement 38 zum Vorsprung 18a und vom Bauelement 40 zum Vorsprung 20a.
  • Der Zuleitungsdraht besteht vorzugsweise aus Aluminium oder Gold, er kann durch Ultraschallboden an beiden Enden befestigt werden. Wenn der Zuleitungsdraht aus Gold ist, kann ein Wärme-Ultraschall-Bonden angewendet werden, bei dem der Draht zuerst aufgeheizt und dann mittels Ultraschall mit dem optoelektronischen Bauelement und dem benachbarten Substrat verbunden wird.
  • Nachdem die optoelektronischen Bauelemente mit den Substraten elektrisch verbanden wurden, wird eine Schicht aus einem transparenten Passivierungs-Epoxydharz über die optoelektronischen Bauelemente und deren Zuleitungsdrähte gelegt, um die Bauelemente vor Umgebungseinflüssen zu schützen.
  • Der nächste Schritt im Prozeß ist die Herstellung einer Reflektoreinheit, etwa der Reflektoreinheit 42, die im der 5 gezeigt ist. Die in der 5 gezeigte Reflektoreinheit 42 wird mit Standard-Spritzgußtechniken hergestellt. Die Reflektoreinheit enthält eine Anzahl von Reflektoren 44 bis 52, einen Reflektor für jedes der optoelektronischen Bauelemente 32 bis 40 (4). Die Reflektoreinheit 42 wird aus dem oben erwähnten Isolier material ABS hergestellt. Dieses Material ist besonders für das Galvanisieren geeignet, und auf jeden der Reflektoren 44 bis 52 wird ein reflektierendes Material aufgalvanisiert oder anderweitig aufgebracht. Das reflektierende Material, ist vorzugsweise Chrom
  • Die Reflektoren 44 bis 52 sind konusförmig, es können 300 Konusse für Klimakammern zur Aufzucht von Pflanzen vor gesehen werden. Es können natürlich auch andere Arten von Konussen oder andere Arten von Reflektoren überhaupt verwendet werden; die Form der Reflektoren wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Profil des Ausgangs-strahls der optoelektronischen Bauelemente gewählt.
  • Die Reflektoreinheit 42 weist eine Anzahl von Verbindern auf die daran zur Ver- bindung der Reflektoreinheit mit den benachbarten Reflektoreinheiten benachbarter Module angebracht sind. In der 5 weist die Reflektoreinheit 42 eine Anzahl von vorstehen- den Verbindern 54, 56 und 58 sowie eine Anzahl von ausgesparten Verbindern 60, 62 und 64 auf. Die Verbinder 54 bis 64 sind vorzugsweise schwalbenschwanzförmig, es können aber auch andere Formen verwendet werden.
  • Wenn die optionalen Reflektoreinheiten nicht verwendet werden, können die Verbinder an der Zuleitungsrahmenheit angebracht werden, oder sie können zusammen mit dem Isoliermaterial an die Zuleitungsrahmensubstrate angegossen werden.
  • Der nächste Schritt im Herstellungsprozeß ist die Fertigstellung der einzelnen Mo- dule durch Anbringen der Reflektoreinheiten an den jeweiligen Zuleitungsrahmeneinhei- ten. In der 6 ist ein fertiges Modul gezeigt. Wie in der 6 gezeigt, wird die Reflek- toreinheit 42 durch die Ausrichtelemente 30 an der Zuleitungsrahmenheit ausgerichtet. Nach dem Anordnen an der Zuleitungsrahmeneinheit wird die Reflektoreinheit 42 mit einem Kleber wie einem Epoxykleber oder durch ein doppelseitiges Klebeband an der Zuleitungsrahmeneinheit befestigt.
  • Wie in der 6 gezeigt ist jeder Reflektor in derNähe eines optoelektronischen Bauelements angeordnet. Das heißt, daß sich der Reflektor 44 in der Nähe des Bauelements 32 befindet, der Reflektor 46 in der Nähe des Bauelements 34, der Reflektor 48 in der Nähe des Bauelements 36, der Reflektor 50 in der Nähe des Bauelements 38 und der Re- flektor 52 in der Nähe des Bauelements 40. Die 7 auseinandergezogene Ansicht, die die Anordnung der Reflektoren hinsichtlich ihres jeweiligen optoelektronischen Bauelements genauer zeigt.
  • Nach der Fertigstellung einer Anzahl von Modulen werden sie zu einem Array zu- sammnengefügt, wie es in der 8 gezeigt ist. Die Module werden durch die vorstehenden und ausgesparten Verbinder an ihren Reflektoreinheiten zusammengehalten. Das Vorsehen der Verbinder an allen vier Seiten der Reflektoreinheit ermöglicht eine große Vielzahl von Konfigurationen für das fertige Array. Zum Beispiel kann das Array ein rechteckiges 8 × 10-Array 66 sein, wie es in der 8 gezeigt ist. Das Array kann jedoch auch so aus- gestaltet werden, daß es in ein Gehäuse mit einer bestimmten Form paßt, und es kann auch ohne jedes Gehäuse verwendet werden. Die U-Form der einzelnen Zuleitungsrahmensubstrate ergibt eine große Oberfläche für das Abführen der Wärme, so daß bei den meisten Anwendungen keine zusätzlichen Kühlvorrichtungen erforderlich sind und an sich auf ein umgebendes Gehäuse verzichtet werden kann.
  • Zur Vervollständigung der Gesamtanordnung wird zur Versorgung des Arrays eine kontinuierlich variable Enerieversorgung angeschlossen. Für die Konfiguration der 8 und unter der Annahme, daß die Module so verbünden sind, daß sich in jeder Kette acht arallele Ketten von zehn optoelektronischen Bauelementen befinden, kann eine kontinu- ierlich variable Energieversorgung verwendet werden, wie sie im US-Patent Nr. 5 278 432 beschrieben ist, das am 11. Januar 1994 an Ignatius et al. ausgegeben wurde und das durch Bezugnahme hier eingeschlossen wird, mit der Ausnahme, daß die Energieversorgung einen 24 Volt-Ausgang haben sollte.
  • Wenn das Array 66 der 8 aus acht parallelen Ketten von zehn Bauelementen in jeder Kette besteht, wird jeder der elektrischen Anschlüsse 10a des Moduls 68 mit der Energieversorgung verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 20b (2) der einzelnen Module 68 werden über Leitungen oder anderweitig mit den Eingangsanschlüssen der Module 70 derart verbunden daß jede der acht arallelen Ketten aus einem Modul 68 und eine Modul 70 besteht, die in Reihe geschaltet sind. Jedes der Modul 68 ist mittels der Verbinder die oben in Verbindung mit der 6 beschrieben wurden, auch mechanisch mit einem oder mehreren benachbarten Modulen 68 und eiem Modu1 70 verbunden.

Claims (21)

  1. Modul ist mindestens einem optoelektronischen Bauelement, mit einer Anzahl von elektrisch und thermisch leitfähigen Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18), deren jeder im wesentlich U-förmig ist und einen mittleren Abschnitt und zwei Endabschnitte aufweist, wobei die Rahmen getrennt sind und über ein Isolatormate- rial zusammengehalten werden, wobei ihre entsprechenden Mittel- und Endabschnitte jeweils in gemeinsamen Ebenen liegen und jeder Mittelabschnitt eine Oberseite aufweist; mindestens einem optoelektronischen Bauelement (32), das mit der Oberseite eines der Zuleitungsrahmen, der als Wärmesenke wirkt, elektrisch und mechanisch verbunden ist; und mit mindestens einem mechanischen Verbinder (54) zur mechanischen Verbindung des Moduls mit mindestens einem weiteren Modul.
  2. Modul nach Anspruch 1, wobei die Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18) Wärmeableiter sind, die die von dem Modul erzeugte thermische Energie abführen.
  3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens einer der Zuleitungsrahmen einen elektrischen Eingangsanschluß (10a) und ein weiterer Zuleitungsrahmen einen elektrischen Ausgangsanschluß (20b) aufweist.
  4. Modul nach Anspruch 3, wobei der elektrische Eingangsanschluß (10a) Strom in einen Ausmaß aufnimmt, das den Vorwärts-Nennstrom des optoelektronischen Bau- elements (32) überschreitet.
  5. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an mindestens einigen der Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18) jeweils ein optoelektronisches Bauelement (32, 34, 36, 38, 40) angebracht ist, das jewei1s auch mit einem weiteren Zuleitungsrahmen in dem Modul elektrisch verbunden ist.
  6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Reflektoreinheit (42), die mindestens einen Reflektor (44) aufweist und an dem Zuleitungsrahmen derart befestigt ist, daß sich der Reflektor in der Nähe des optoelektronischen Bauelements (32) befindet.
  7. Modul nach Anspruch 6, wobei die Reflektoreinheit 42 mehrere Reflektoren (44, 46, 48, 50, 52) umfaßt, deren jeder eine Beschichtung aus reflektierendem Material aufweist.
  8. Modul nach Anspruch 6 oder 7 wobei der mindestens eine Verbinder (54) an der Reflektoreinheit (42) befestigt ist.
  9. Modul nach Anspruch 8, wobei die Reflektoreinheit (42) einen Steckerverbinder (54) und einen Buchsenverbinder (60) zum Verbinden der Reflektoreinheit (42) mit einer Reflektoreinheit eines weiteren Moduls aufweist.
  10. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektroni- sche Bauelement (32) eine Leuchtdiode ist.
  11. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mechanische Verbinder jeweils ein Stecker- oder ein Buchsenverbinder ist.
  12. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil jedes Zuleitungsrahmens (10, 12, 14, 16, 18), an dem ein optoelektronisches Bauelement (32, 34, 36, 38, 40) befestigt ist, mit einem Metall beschichtet ist.
  13. Verfahren zum Herstellen eines Arrays aus optoelektron schen Bauelementen, mit dem Erzeugen einer Anzahl von Modulen (68, 70) optoelektronischer Bauele mente (32, 34, 36, 38, 40) von denen jedes dadurch erzeugt wird, daß mehrere im wesentlichen U-förmige Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18) mit jeweils einem mittleren Abschnitt und zwei Endabschnitten derart ausgebildet werden, daß mindestens einer der Zuleitungsrahmen (10) einen elektrischen Eingangschluß und mindestens einer der Zuleitungsrahmen (18) einen Ausgangsanschluß (20b) aufweist; daß auf Teile der Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18) ein Isoliermaterial aufge- bracht wird, um eine Einheit aus beabstandeten, nebeneinander liegenden Zuleitungsrah- men zu erzeugen, deren entsprechende Mittel- und Endabschnitte jeweils in gemeinsamen Ebenen liegen; daß an dem Mittelabschnitt mindestens eines der Zuleitungsrahmen, der als Wär- mesenke wirkt, ein optoelektronisches Bauelement (32, 34, 36, 38, 40) befe stigt wird; daß mindestens ein mit der Zuleitungsrahmeneinheit verbundener mechanischer Verbinder (54) ausgebildet wird; daß der mindestens eine mechanische Verbinder jedes Moduls (68, 70) mit einem mechanischen Verbinder eines weiteren Moduls mechanisch verbunden wird; und daß der elektrische Ausgangsanschluß (20b) mindestens eines der Module mit dem elektrischen Eingangsanschluß (10a) eines weiteren Moduls elektrisch verbunden wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Eingangsanschluß (10a) mindestens eines der Module mit einer Energieversorgung elektrisch verbunden wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei zur Erzeugung des Moduls ferner eine Reflektoreinheit (42) mit mehreren Reflektoren (44, 46, 48, 50, 52) ausgebildet und die Reflektoreinheit 42 an der Einheit aus beabstandeten Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18) derart befestigt wird, daß sich ein Reflektor in der Nähe jedes der optoelektroni schen Bauelemente (32, 34, 36, 38, 40) befindet.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei zur Ausbildung der Reflektoreinheit (42) an jeder Reflektoreinheit (42) mindestens ein Steckerveibinder (54) und mindestens ein Buchsenverbinder (60) ausgebildet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei zur Ausbildung der Reflektorein- heit (42) eine Schicht aus reflektierendem Material auf den Reflektor (44, 46, 48, 50, 52) aufgebracht wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei ferner an der Einheit von beabstandeten Zuleitungsrahmen (10, 12, 14, 16, 18) mindestens zwei Justierelemente (30) ausgebildet werden die dazu dienen die Reflektorreinheit (42) auf die Einheit von beabstandeten Zuleitungsrahmen auszurichten.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei zum elektrischen Verbinden zwischen dem elektrischen Ausgangsanschluß (20b) mindestens eines der Module und dem elektrischen Eingangsanschluß (10a) eines weiteren Moduls ein Zuleitungsdraht befestigt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei ferner jedes der optoelektronischen Bauelemente(32, 34, 36, 38, 40) mit einer transparenten Schutzschicht überzogen wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei jeder mechanische Verbinder ein Steckerverbinder oder ein Buchsenverbinder ist, und wobei zum mechani-schen Verbinden ein Steckerverbinder eines Moduls mit dem Buchsenverbinder eines weiteren Moduls verbunden wird.
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