DE102004053089A1

DE102004053089A1 - Kraftfahrzeugleuchte

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Publication number: DE102004053089A1
Application number: DE102004053089A
Authority: DE
Original assignee: Sidler GmbH and Co KG
Current assignee: Sidler GmbH and Co KG
Priority date: 2004-11-03
Filing date: 2004-11-03
Publication date: 2006-05-04
Also published as: US20060103544A1

Abstract

Bei einer Kraftfahrzeugleuchte (1) ist die Lichtquelle (3) durch mehrere COB-LED-Chips (4) gebildet, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte (4) angeordnet und miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte, insbesondere eine Innenleuchte, Blinkleuchte oder eine Bremsleuchte, mit mindestens einer Lichtquelle.

Bei Kraftfahrzeugleuchten mit stabförmigem Lichtleiter ist es nur schwer möglich, das Licht vieler einzelner LEDs effektiv in den Stab einzukoppeln. Um aber trotzdem eine ausreichende Lichtmenge zur Verfügung zu haben, müssen "Hochleistung-LEDs" verwendet werden. Diese LEDs werden mit Strömen von mehreren hundert Milli- Ampere betrieben. Die Spannung an der LED liegt dabei im Bereich zwischen 2–4 V. Die Nennspannung bei Kraftfahrzeugen liegt aber bei 13,5 V.

Um den LED-Strom zu begrenzen, wird deshalb ein Vorwiderstand verwendet, der die überschüssige Energie in Wärme umwandelt. Wird ein Vorwiderstand auch bei Hochleistung-LEDs eingesetzt, dann wird diese Energie aufgrund des hohen Stromes extrem hoch: mit U = 13,5 V, U_LED = 2,5 V folgt U_R = U – U_LED = 13,5 V – 2,5 V = 11 V. Bei einem angenommenen LED-Strom von I_LED = 0,5 A ergibt sich eine Verlustleistung am Widerstand von P_R = U_R·I_LED = 11 V·0,5 A = 5,5 W. Bei der in der Automobilindustrie üblichen Maximalspannung von 16 V ergibt sich daraus eine Verlustleistung von über 8 W. Dabei ist auch noch die hohe geforderte Umgebungstemperatur von z.B. 85°C zu beachten. Diese hohe Verlustleistung muss also nun durch einen oder mehrere Widerstände in Wärme umgewandelt werden. Dabei werden diese jedoch extrem heiß, was z.B. ein Schmelzen des Kunststoffgehäuses zur Folge haben kann. Deshalb müssen wiederum temperaturfestere Materialen eingesetzt werden. Um die Widerstände im Gehäuse unterbringen zu können, ist dann auch z.B. eine große Leiterplatte notwendig, was die Systemkosten ebenfalls nach oben treibt. Die LEDs reagieren empfindlich auf hohe Temperaturen und werden dann entsprechend dunkler. Deshalb muss vermieden werden, dass die Wärme der Vorwiderstände auf die LEDs übertragen wird, was einen erhöhten Konstruktionsaufwand bedeutet. Zusätzlich wird der elektrische Wirkungsgrad der Kraftfahrzeugleuchte extrem verschlechtert, da nur ca. 1 W an der LED in Licht und ca. 5 W am Widerstand in Wärme umgewandelt werden. Dieser erhöhte Energieverbrauch hat dann wiederum einen erhöhten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges zur Folge.

Alternativ zu einem Vorwiderstand kann auch eine getaktete Ansteuerung mit z.B. einem DC/DC-Wandler eingesetzt werden. Dabei wird der Wirkungsgrad zwar deutlich verbessert, diese Module benötigen aber eine zusätzliche Leiterplatte und sind sehr teuer. Außerdem können elektrische Störimpulse auftreten, die dann zu Problemen im Fahrzeug führen können.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Kraftfahrzeugleuchte der eingangs genannten Art die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die bzw. jede Lichtquelle durch mehrere COB-LED-Chips gebildet ist, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet und miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.

Bei der bereits bekannten Chip-On-Board-Technik (COB) wird der LED-Chip direkt auf eine geeignete Leiterplatte aufgeklebt und mit Bonddrähten elektrisch mit der Leiterplatte verbunden. Um eine gute Wärmeabfuhr zu erreichen, wird der Chip vorzugsweise auf einer Aluminium(Al)-Leiterplatte befestigt. Um einen besseren optischen Wirkungsgrad zu erreichen, kann ein kegelstumpfförmiger Reflektor in die Al-Leiterplatte gefräst werden. Darin wird dann der Chip angeordnet und dann mit einem Silikon-Verguss geschützt.

Um nun die oben genannten Nachteile zu vermeiden, werden erfindungsgemäß in einen solchen Reflektor mehrere COB-LED-Chips angeordnet. Da dann mehrere Chips Licht erzeugen, kann dabei auf kleinere und deshalb auch preiswertere Chips zurückgegriffen werden. Diese LED-Chips sind über die Bonddrähte so verbunden, dass sich eine elektrische Reihenschaltung ergibt.

Optisch gesehen handelt es sich dann um eine einzige Lichtquelle, deren Licht z.B. in einen Lichtleiter eingespeist wird, elektrisch ergibt sich aber eine Reihenschaltung von mehreren LEDs. Dadurch ergibt sich eine wesentlich verringerte Verlustleistung am Vorwiderstand. Bei vier COB-LEDs mit je einer LED beträgt die Spannung pro LED auch hier U_LED = 2,5 V, und mit U = 13,5 V folgt U_R = U – 4·U_LED = 13,5 V – 4·2,5 V = 3,5 V. Der LED-Strom kann aufgrund der vier COB-LEDs auf 1/4, also auf I_LED = 0,125 A bei gleicher Helligkeit reduziert werden. Daraus ergibt sich am Vorwiderstand eine Verlustleistung von P_R = U_R·I_LED = 3,5 V·0,125 A = 0,44 W. Die Verlustleistung beträgt also nur noch ca. 8% der Verlustleistung bei einer Hochleistung-LED. Diese ca. 0,5 W können problemlos mit einem Widerstand in Wärme umgewandelt werden. Zu berücksichtigen ist dabei jedoch noch, dass der optische Wirkungsgrad durch die höhere Chip-Anzahl etwas reduziert wird, da sich die einzelnen Chips gegenseitig abschatten. Dieser Effekt kann jedoch durch geschickte Anordnung der Chips im Reflektor reduziert werden. Die Verlustleistung in der LED ist in beiden Fällen gleich, nämlich bei einer Hochleistung-LED 2,5 V·0,5 A = 1,25 W und bei vier COB-LEDs 4·2,5·0,125 = 1,25 W.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die Möglichkeit, die Abstrahlcharakteristik der COB-LEDs durch die Form des Reflektors in der Al-Leiterplatte sowie durch die Form und Größe des Silikon-Vergusses den Erfordernissen anzupassen. Man ist also nicht auf die durch den LED-Hersteller vorgegebenen Eigenschaften angewiesen.

Die Vorteile der COB-Technik ergeben sich immer dann, wenn eine geringe LED-Anzahl gefordert ist.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugleuchte einen Lichtleiter auf, in den das Licht der Lichtquelle eingekoppelt und an einer Austrittsfläche wieder ausgekoppelt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Es zeigen:
1 die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugleuchte mit einer stirnseitig vor einem Lichtleiter angeordneten Lichtquelle;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle; und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle.
Die in 1 gezeigte Kraftfahrzeugleuchte 1 ist eine so genannte hochgesetzte Bremsleuchte, die als dritte Bremsleuchte mittig am Heck oder an der Heckscheibe eines Fahrzeugs befestigt ist. Die Kraftfahrzeugleuchte 1 weist einen Lichtleiter 2 auf, in den das Licht einer Lichtquelle 3 stirnseitig eingekoppelt und auf seiner Länge an einer mantelseitigen Austrittsfläche (nicht gezeigt) wieder ausgekoppelt wird.
Die Lichtquelle 3 umfasst zwei quadratische COB-LED-Chips 4 mit je einer LED, die direkt auf einer Aluminium(Al)-Leiterplatte 5 befestigt und mit Bonddrähten 6 elektrisch mit der Leiterplatte 5 verbunden. Um einen besseren optischen Wirkungsgrad zu erreichen, ist ein kegelstumpfförmiger Reflektor 7 in die Leiterplatte 5 gefräst. Auf der Bodenfläche des Reflektors 7 sind die beiden COB-LED-Chips 4 angeordnet und mit einem Silikon-Verguss 8 geschützt.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle 3, bei der die beiden COB-LED-Chips 4 mit ihren einander zugewandten Kanten parallel zueinander angeordnet sind. Die COB-LED-Chips 4 sind über Bonddrähte 9 mit Kupfer(Cu)-Leiterbahnen 10 der Leiterplatte verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Leiterbahn 10a an + und die Leiterbahn 10c an – angeschlossen sind und die Leiterbahn 10b die beiden COB-LED-Chips 4 miteinander verbindet. Die zur Reflektormitte abgestrahlten Lichtstrahlen der LED des einen COB-LED-Chips 4 werden allerdings jeweils vom anderen COB-LED-Chip 4 teilweise absorbiert.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle 3, bei der die beiden COB-LED-Chips 4 einander jeweils mit einer Ecke zugewandt sind, also gegenüber 2 jeweils um 45° verdreht sind. Durch diese Ausrichtung ist die gegenseitige Abschattung der LEDs der COB-LED-Chips 4 deutlich reduziert, und es kann gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 2 hierdurch eine Helligkeitssteigerung von ca. 20% erreicht werden.

Claims

Kraftfahrzeugleuchte (1), insbesondere Innenleuchte, Blinkleuchte oder Bremsleuchte, mit mindestens einer Lichtquelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die bzw. jede Lichtquelle (3) durch mehrere COB-LED-Chips (4) gebildet ist, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte (5) angeordnet und miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5) einen kegelstumpfförmigen Reflektor (7) aufweist, auf dessen Bodenfläche die COB-LED-Chips (4) angeordnet sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die COB-LED-Chips (4) mit einer Silikonschicht (8) überzogen sind.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die COB-LED-Chips (4) zueinander derart angeordnet sind, dass ihre gegenseitige Abschattung reduziert ist.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei COB-LED-Chips (4) jeweils mit parallel zueinander verlaufenden Kanten einander gegenüberliegen.
Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei COB-LED-Chips (4) jeweils mit einer Ecke einander gegenüberliegen.
Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lichtleiter (2), in den das Licht der Lichtquelle (3) eingekoppelt und an einer Austrittsfläche ausgekoppelt wird.