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Es
wird ein Kfz-Scheinwerfermodul angegeben.
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Das
Kfz-Scheinwerfermodul eignet sich insbesondere für den Einsatz in einem Kfz-Scheinwerfergehäuse im Frontbereich
eines Kraftfahrzeuges.
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Eine
zu lösende
Aufgabe besteht darin, ein besonders kompaktes und vielseitig einsetzbares Kfz-Scheinwerfermodul
anzugeben.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform wird
ein Kfz-Scheinwerfermodul
angegeben, das wenigstens zwei Leuchteinheiten aufweist. Die unterschiedlichen
Leuchteinheiten sind dabei für
voneinander verschiedene Lichtfunktionen vorgesehen. So kann eine
der Leuchteinheiten beispielsweise zur Erzeugung einer Fernlicht-
oder fernlichtartigen Abstrahlcharakteristik geeignet sein. Die
der Leuchteinheit zugeordnete Lichtfunktion ist dann die eines Fernlichts.
Eine andere Leuchteinheit kann dazu geeignet sein, eine Abblendlicht-
oder abblendlichtartige Abstrahlcharakteristik zu erzeugen. Die
der Leuchteinheit zugeordnete Lichtfunktion ist dann die eines Abblendlichtes.
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Ferner
ist es möglich,
dass eine Leuchteinheit für
eine bestimmte, vorgegebene erste Lichtfunktion vorgesehen ist und sich
durch Zuschalten einer weiteren Leuchteinheit des Kfz-Scheinwerfermoduls eine
zweite Lichtfunktion ergibt. Die zweite Lichtfunktion ist dann durch
eine Kombination der Abstrahlcharakteristika der beiden Leuchteinheiten
gegeben.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform weist
jede der Leuchteinheiten zumindest einen Leuchtdiodenchip als Licht- oder Strahlungsquelle auf.
Vorzugsweise weist jede Leuchteinheit eine Mehrzahl von Leuchtdiodenchips
auf, die die Lichtquelle der Leuchteinheit bildet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform sind
die Leuchteinheiten des Kfz-Scheinwerfermoduls an einem gemeinsamen
Kühlkörper thermisch angeschlossen.
Im Betrieb der Lichtquellen der Leuchteinheiten erzeugte Wärme wird
vom Kühlkörper aufgenommen
und von diesem an die Umgebung abgegeben.
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Bevorzugt
umfasst das Modul dabei einen einzigen Kühlkörper für alle Leuchteinheiten des Kfz-Scheinwerfermoduls.
Der Kühlkörper ist – neben seiner
Funktion als Wärmesenke – auch als
gemeinsamer Träger
für die
Leuchteinheiten vorgesehen. Der Kühlkörper ist vorzugsweise zusätzlich ein
Modulträger.
Das bedeutet, auf dem Kühlkörper können weitere
Bestandteile des Kfz-Scheinwerfermoduls wie beispielsweise optische
Elemente befestigt sein. Verglichen mit den Leuchteinheiten des
Kfz-Scheinwerfermoduls, weist der Kühlkörper vorzugsweise eine große Ausdehnung
auf. Hinsichtlich Volumen und Gewicht stellt der Kühlkörper den
Hauptbestandteil des Kfz-Scheinwerfermoduls
dar.
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Bei
dem Kühlkörper kann
es sich aber auch um ein Wärmeleitelement
handeln, das geeignet ist, die von den Lichtquellen erzeugte Wärme an einen weiteren
Kühlkörper abzuführen. Bei
dem weiteren Kühlkörper handelt
es sich dann zum Beispiel um einen gemeinsamen Kühlkörper für eine Mehrzahl von Kfz-Scheinwerfermodulen.
Der weitere Kühlkörper kann
auch durch die Karosserie eines Kraftfahrzeuges oder das Gehäuse eines
Scheinwerfers gebildet sein.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform weist
das Kfz-Scheinwerfermodul
ferner eine stromstabilisierende Elektronik – beispielsweise einen Stromregulator – zur Spannungsversorgung
der Leuchteinheiten des Kfz-Scheinwerfermoduls
auf. Vorzugsweise dient dabei ein einziger Stromregulator zur Spannungsversorgung
für alle
Leuchteinheiten des Moduls. Die stromstabilisierende Elektronik kann
beispielsweise auf einem Träger
für die
Leuchteinheiten aufgebracht sein. Weiter ist es möglich, dass
die stromstabilisierende Elektronik auf dem Kühlkörper aufgebracht oder in den
Kühlkörper integriert
ist.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
umfasst das Kfz-Scheinwerfermodul wenigstens zwei Leuchteinheiten,
wobei jede der Leuchteinheiten zumindest einen Leuchtdiodenchip
umfasst. Unterschiedliche Leuchteinheiten des Kfz-Scheinwerfermoduls
sind für
voneinander verschiedene Lichtfunktionen vorgesehen. Die Leuchteinheiten
sind dabei auf einem gemeinsamen Kühlkörper aufgebracht. Ferner umfasst das
Kfz-Scheinwerfermodul
eine gemeinsame stromstabilisierende Elektronik zur Spannungsversorgung der
Leuchteinheiten des Moduls.
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Dem
Kfz-Scheinwerfermodul liegt unter anderem die Idee zugrunde, dass
durch die Integration mehrerer Leuchteinheiten auf einen einzigen
Kühlkörper, der
zugleich als Modulträger
des gesamten Moduls vorgesehen sein kann, ein besonders kompaktes
Kfz-Scheinwerfermodul ermöglicht
ist. Da die unterschiedlichen Leuchteinheiten voneinander verschiedene
Lichtfunktionen wahrnehmen, ist dieses kompakte Kfz-Scheinwerfermodul
besonders vielseitig verwendbar. Ferner ermöglicht die kompakte Anordnung
der Leuchteinheiten die Verwendung einer einzigen stromstabilisierenden
Elektronik für
alle Leuchteinheiten des Moduls. Dadurch ist zudem ein besonders
kostengünstiges
Kfz-Scheinwerfermodul ermöglicht,
da zum Beispiel ein einziger Stromregulator für alle Leuchteinheiten des
Moduls ausreichend ist. Das beschriebene Multifunktions-Scheinwerfermodul
eignet sich insbesondere zur Verwendung anstelle von herkömmlichen
Zwei-Wendel-Filamentlampen
im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges.
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Ein
Kfz-Scheinwerfer kann eine Mehrzahl solcher Module zur Lichterzeugung
umfassen. Ferner ist es möglich,
dass ein Kfz-Scheinwerfer
ein solches Kfz-Scheinwerfermodul und weitere Elemente zur Lichterzeugung
aufweist. So kann der Scheinwerfer neben dem beschriebenen Kfz-Scheinwerfermodul
beispielsweise auch eine oder mehrere Gasentladungslampen zur Lichterzeugung
umfassen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
umfasst jede Leuchteinheit eine primäre Optik. Die primäre Optik
ist jeweils geeignet, die von den Lichtquellen der Leuchteinheiten – vorzugsweise
Leuchtdiodenchips – in
Betrieb erzeugte elektromagnetische Strahlung derart zu formen,
dass eine Abstrahlcharakteristik entsprechend der für die Leuchteinheit
gewünschten
Lichtfunktion eingestellt wird. Die Primäroptik ist dazu jeweils der
Lichtquelle einer Leuchteinheit nachgeordnet. Mit anderen Worten
ist die der Leuchteinheit zugeordnete Lichtfunktion hauptsächlich durch
die primäre
Optik bestimmt. Vorzugsweise weist jede Leuchteinheit genau eine
primäre
Optik auf.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
ist die primäre
Optik zumindest einer der Leuchteinheiten zumindest stellenweise
nach Art eines der folgenden optischen Grundelemente ausgebildet:
Zusammengesetzter parabolischer Konzentrator (Compound Parabolic
Concentrator – CPC),
zusammengesetzter elliptischer Konzentrator (Compound Elliptic Concentrator – CEC), zusammengesetzter
hyperbolischer Konzentrator (Compound Hyperbolic Concentrator – CHC).
Das heißt,
die primäre
Optik weist reflektierende Seitenwände auf, die zumindest stellenweise
nach Art eines dieser optischen Grundelemente geformt sind. Weiter
kann die primäre
Optik zumindest stellenweise nach Art einer Pyramidenstumpf- oder
Kegelstumpfoptik geformt sein.
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In
all diesen Fällen
ist die primäre
Optik vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie sich zur Lichtquelle
der Leuchteinheit, das heißt,
beispielsweise zu den Leuchtdiodenchips hin verjüngt. In Richtung einer Strahlungsaustrittsfläche der
primären
Optik nimmt dann die Querschnittsfläche der primären Optik
zu. Durch Reflexionen von elektromagnetischer Strahlung an den Seitenwänden der
primären
Optik wird an der Strahlungsaustrittsfläche der primären Optik
oder entfernt von der Strahlungsaustrittsfläche außerhalb der primären Optik
eine vorgebbare Abstrahlcharakteristik der Leuchteinheit erzeugt.
Eine Optimierung der Seitenwände
der primären
Optik zur Einstellung einer gewünschten,
vorgebbaren Abstrahlcharakteristik kann beispielsweise unter Verwendung
von Ray-Tracing Simulationen erfolgen.
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Die
primäre
Optik kann in allen beschriebenen Ausgestaltungen als Hohlkörper ausgebildet sein,
bei dem die der Lichtquelle der Leuchteinheit zugewandten Innenflächen der
Seitenwände
reflektierend beschichtet sind. Ferner ist es möglich, dass die primäre Optik
als Vollkörper
ausgebildet ist, der aus einem transparenten, dielektrischen Material
geformt ist. Die Führung
von elektromagnetischer Strahlung in der primären Optik findet in diesem
Fall zumindest teilweise durch Totalreflexion statt. Für den Fall
einer Vollkörper-Optik
ist es insbesondere auch möglich,
dass die Strahlungsaustrittsfläche
der primären
Optik linsenartig gewölbt
oder strukturiert ist. Auf diese Weise erfolgt bei Lichtaustritt
durch die Strahlungsaustrittsfläche
eine weitere Strahlformung.
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Bevorzugte
Materialien zur Bildung der primären
Optik sind beispielsweise PMMA, PMMI, PC oder Glas.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
weist die primäre
Optik eine mikrostrukturierte Oberfläche auf. Das heißt, zumindest
eine Strahlungsdurchtrittsfläche
der primären
Optik ist stellenweise mikrostrukturiert. Die Mikrostrukturen weisen
bevorzugt eine Strukturgröße im Bereich
der Wellenlänge
der von den Leuchteinheiten erzeugten elektromagnetischen Strahlung
auf. An den Mikrostrukturen findet daher vorzugsweise eine Beugung
der durch die strukturierte Strahlungsdurchtrittsfläche tretenden
elektromagnetischen Strahlung statt.
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Zum
Beispiel umfasst die primäre
Optik einen Optikkörper,
dessen Strahlungsaustrittsfläche nach
Art einer asphärischen
Linse gewölbt
ist. Die Strahlungseintrittsfläche
kann dann Mikrostrukturierungen aufweisen, die zum Beispiel geeignet
sind, Farbfehler zu reduzieren.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
ist den Leuchteinheiten des Moduls eine gemeinsame sekundäre Optik
nachgeordnet. Das heißt,
das Modul weist eine einzige sekundäre Optik auf, die geeignet
ist, die von den Leuchteinheiten erzeugte Abstrahlcharakteristik
in das Fernfeld, das heißt
beispielsweise auf eine Straße,
auf der sich das Kraftfahrzeug mit dem Kfz-Scheinwerfermodul bewegt,
zu projizieren.
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Mit
anderen Worten weist das hier beschriebene Kfz-Scheinwerfermodul für alle Leuchteinheiten eine
gemeinsame, einzige Austrittsapertur auf. Das beschriebene Kfz-Scheinwerfermodul
macht sich dabei unter anderem die Idee zunutze, dass durch die Verwendung
einer einzigen Austrittsapertur für alle Leuchteinheiten des
Scheinwerfermoduls ein besonders kompaktes Modul ermöglicht ist.
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Die
sekundäre
Optik kann beispielsweise mit dem Kühlkörper mechanisch verbunden und
an diesem befestigt sein. Da auch die Leuchteinheiten zumindest
mittelbar auf dem Kühlkörper befestigt
sind, ist auf diese Weise eine besonders genaue Justage von Leuchteinheit
und nachgeordneter sekundärer Optik
ermöglicht.
Die Leuchteinheiten und die sekundäre Optik des Kfz-Scheinwerfermoduls
müssen
in diesem Fall lediglich relativ zum Kühlkörper justiert werden. Dies
kann zum Bespiel mittels Passstiften und korrespondierenden Passbohrungen geschehen.
Nach Aufbringen auf den Kühlkörper befinden sich
die Elemente des Kfz-Scheinwerfermoduls dann schon in der gewünschten
Lage zueinander.
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Die
sekundäre
Optik umfasst gemäß zumindest
einer Ausführungsform
des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls ein reflektives optisches Element.
Beispielsweise handelt es sich bei der sekundären Optik um eine Reflektoroptik.
Im Falle einer Reflektoroptik können
die Leuchteinheiten des Moduls optisch voneinander entkoppelt sein,
derart, dass sie in unterschiedliche von der Reflektoroptik erfasste
Raumwinkel abstrahlen. Dies ist beispielsweise durch einen Spiegel
oder eine andere reflektive Vorrichtung möglich, die zwischen jeweils
zwei Leuchteinheiten des Moduls angebracht ist. Die optische Entkopplung
kann aber auch durch eine beispielsweise total reflektierende primäre Optik
erreicht sein.
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Die
Reflektoroptik kann derart gestaltet sein, dass ein erstes Strahlungsbündel beispielsweise
einer ersten Leuchteinheit als Abblendlicht benutzt wird. Ein weiteres
Strahlenbündel
einer zweiten Leuchteinheit strahlt zum Beispiel durch die gegen den
Fokalpunkt der Reflektoroptik versetzte Position in den oberen Halbraum
ab und dient als Fernlicht.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
umfasst die sekundäre Optik
eine Projektionsoptik. Zum Beispiel ist die sekundäre Optik
dann durch eine Projektionslinse gegeben. Die Projektionslinse ist
den Leuchteinheiten in Hauptabstrahlrichtung der Leuchteinheiten
nachgeordnet. Dabei sind die Primäroptiken des Kfz-Scheinwerfermoduls
vorzugsweise derart im Modul angebracht, dass ihre Strahlungsaustrittsflächen bündig zusammenlaufen.
Die an oder in Hauptabstrahlrichtung nach den Strahlungsaustrittsflächen erzeugte
Abstrahlcharakteristik wird von der Projektionslinse dann in das
Fernfeld abgebildet. Umfasst das Kfz-Scheinwerfermodul beispielsweise
zwei Leuchteinheiten, dann schneidet eine Trennlinie in der Mitte
zwischen den beiden Strahlungsaustrittsflächen der Leuchteinheiten die
optische Achse der Projektionslinse bevorzugt in einem rechten Winkel. Auf
diese Weise kann die Projektion der Abstrahlcharakteristik einer
Leuchteinheit im Fernfeld unterhalb und die Projektion der Abstrahlcharakteristik
der anderen Leuchteinheit im Fernfeld oberhalb des Horizonts zum
Liegen kommen. Auf diese Weise sind beispielsweise ein Abblendlicht
und ein Fernlicht durch ein einziges Kfz-Scheinwerfermodul mit einer
einzigen Projektionslinse realisiert. Für Abblendlicht und Fernlicht
wird bevorzugt eine gemeinsame Projektionslinse genutzt. Das heißt, eine
einzige Austrittsapertur wird für
zwei Lichtfunktionen verwendet.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
sind die Leuchtdiodenchips der Leuchteinheiten auf einem gemeinsamen Träger aufgebracht.
Dabei ist es möglich,
dass alle Leuchteinheiten jeweils einen separaten, eigenen Träger aufweisen
oder dass alle Leuchteinheiten des Moduls auf einen einzigen gemeinsamen
Träger
zusammengefasst sind. Der oder die Träger sind vorzugsweise durch
Leiterplatten gebildet, die Leiterbahnen und Kontaktstellen zur
elektrischen Kontaktierung der Leuchtdiodenchips umfassen. Dabei
ist es möglich,
dass die Leuchtdiodenchips getrennt voneinander ansteuerbar sind.
Es ist aber auch möglich,
dass mehrere Leuchtdiodenchips in Reihe zueinander geschaltet sind
und nur gleichzeitig elektromagnetische Strahlung erzeugen können. Die
Träger können ferner
beispielsweise Vorrichtungen zum Schutz der Leuchtdiodenchips gegen
elektrostatische Spannungspulse (Electro Static Discharge – ESD) umfassen.
Ferner ist es möglich,
dass sich die stromstabilisierende Elektronik des Kfz-Scheinwerfermoduls
auf einem der Träger
für die
Leuchteinheiten befindet.
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Bei
dem Träger
handelt es sich zum Beispiel um eine Keramik, die eine besonders
gute Wärmeleitfähigkeit
aufweist. Der Träger
kann auf eine Metallkernplatine oder direkt auf den Kühlkörper aufgebracht
sein. Die Metallkernplatine enthält
bevorzugt ein besonders gut wärmeleitendes
Material wie zum Beispiel Aluminium oder Kupfer. Die Metallkernplatine
ist dann vorzugsweise derart auf den Kühlkörper aufgebracht, dass über die
den Leuchtdiodenchips abgewandte Unterseite des Trägers Wärme großflächig an
den Kühlkörper abgegeben
werden kann.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
sind die Leuchteinheiten des Moduls zueinander in Reihe geschaltet.
Weiter ist dann jeder Leuchteinheit des Moduls eine Schalteinheit
parallel geschaltet. Bei geschlossener Schalteinheit wird die zur
Schalteinheit parallel geschaltete Leuchteinheit überbrückt, so
dass zumindest ein Großteil
des Stroms nicht durch den Zweig fließt, in dem sich die Leuchteinheit
befindet. Auf diese Weise wird die Leuchteinheit bei geschlossenem Schalter
nicht bestromt. Die in Reihe geschalteten Leuchteinheiten sind mit
einer gemeinsamen stromstabilisierenden Elektronik – beispielsweise
einem Stromregulator – zur
Spannungsversorgung verbunden. Die Schalteinrichtung kann beispielsweise
einen Schalttransistor umfassen.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
ist zumindest eine Leuchteinheit für eine Abblendlicht-Lichtfunktion
vorgesehen. Das heißt,
die von dieser Leuchteinheit erzeugte Abstrahlcharakteristik ist
eine abblendlichtartige Abstrahlcharakteristik. Vorliegend wird
als abblendlichtartige Abstrahlcharakteristik beispielsweise eine
Abstrahlcharakteristik verstanden, die unter die Vorgaben der UNECE-Regeln
98, 112 und/oder §571.108
FMVSS für
Abblendlicht fällt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
ist zumindest eine Leuchteinheit für eine Fernlicht-Lichtfunktion
vorgesehen. Das bedeutet, die von dieser Leuchteinheit erzeugte
Abstrahlcharakteristik ist eine fernlichtartige Abstrahlcharakteristik.
Vorliegend wird als fernlichtartige Abstrahlcharakteristik beispielsweise
eine Abstrahlcharakteristik verstanden, die unter die Vorgaben der
UNECE-Regeln 98, 112 und/oder §571.108 FMVSS
für Fernlicht
fällt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
ist zumindest eine Leuchteinheit für eine Kurvenlicht-Lichtfunktion
vorgesehen. Das heißt,
die von dieser Leuchteinheit erzeugte Abstrahlcharakteristik weist
eine kurvenlichtartige Abstrahlcharakteristik auf. Vorliegend wird
als kurvenlichtartige Abstrahlcharakteristik beispielsweise eine
Abstrahlcharakteristik verstanden, die unter die Vorgaben der UNECE-Regeln
98, 112 und/oder §571.108
FMVSS für
Kurvenlicht fällt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls
ist zumindest eine Leuchteinheit für eine Positionslicht-Lichtfunktion vorgesehen.
Das heißt,
die von dieser Leuchteinheit erzeugte Abstrahlcharakteristik weist
eine positionslichtartige Abstrahlcharakteristik auf. Vorliegend
wird als positionslichtartige Abstrahlcharakteristik beispielsweise
eine Abstrahlcharakteristik verstanden, die unter die Vorgaben der
UNECE-Regel 7 für
Positionslicht fällt.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform weist
das Kfz-Scheinwerfermodul
wenigstens zwei Leuchteinheiten auf, wobei jede Leuchteinheit für eine jeweils
andere der beschriebenen Lichtfunktionen vorgesehen ist. Das Kfz-Scheinwerfermodul kann
dabei Leuchteinheiten für
alle der hier beschriebenen Lichtfunktionen umfassen. Weiter ist
es möglich,
dass sich bestimmte Lichtfunktionen durch Kombination der Abstrahlcharakteristik
mehrerer – beispielsweise
zweier Leuchteinheiten – ergeben.
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Gemäß zumindest
einer Ausführungsform des
Kfz-Scheinwerfermoduls umfasst zumindest eine der Leuchteinheiten
wenigstens einen Leuchtdiodenchip, der geeignet ist, elektromagnetische
Strahlung mit einem Emissionsmaximum im nahen Infrarotbereich zu
erzeugen. Dabei wird der rötliche
Farbeindruck der vom Infrarotleuchtdiodenchip erzeugten elektromagnetischen
Strahlung durch das weiße Licht
der übrigen
Leuchtdiodenchips der Leuchteinheit oder durch das weiße Licht
der anderen Leuchteinheit überstrahlt.
Der Rotlichtanteil kann dabei auch zur Erhöhung des Farbwiedergabewertes
des beispielsweise mittels Mischen von blauem und gelbem Licht erzeugten
weißen
Lichts der Leuchteinheiten dienen.
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Der
infrarote Anteil der vom infraroten Leuchtdiodenchip erzeugten elektromagnetischen Strahlung
dient zur Ausleuchtung des Raumes vor dem Kraftfahrzeug und kann
zusammen mit einer Nachtsichtvorrichtung für den Fahrer des Kraftfahrzeuges
sichtbar gemacht werden. Dazu kann sich beispielsweise ein Detektorchip,
der im Infrarotbereich eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweist, im
Kfz-Scheinwerfermodul befinden. Der Detektor ist beispielsweise
auf den Träger
einer Leuchteinheit oder dem Kühlkörper aufgebracht.
Es ist aber auch möglich,
dass sich der Detektor außerhalb
des Kfz-Scheinwerfermoduls an anderer Stelle im Frontbereich des
Kraftfahrzeuges befindet.
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Im
Folgenden wird das hier beschriebene Kfz-Scheinwerferfmodul anhand von Ausführungsbeispielen
und den dazugehörigen
Figuren näher
beschrieben. Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile der Figuren
sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten
Bestandteile, sowie die Größenverhältnisse
der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr
sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben
groß dargestellt.
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1A zeigt
eine schematische Schnittdarstellung des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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1B zeigt
eine schematische Aufsicht auf ein Kfz-Scheinwerfermodul gemäß des ersten
Ausführungsbeispiels,
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2 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung eines Kfz-Scheinwerfermoduls
gemäß eines
zweiten Ausführungsbeispiels,
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3 zeigt
schematisch eine beispielhafte Beschaltung der Leuchteinheiten gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels
des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls,
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4 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung einer Leuchteinheit für ein viertes
Ausführungsbeispiel
des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls,
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5 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel.
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1A zeigt
eine schematische Schnittdarstellung des Kfz-Scheinwerfermoduls gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel. 1B zeigt
die dazugehörige
Aufsicht auf das Kfz-Scheinwerfermodul.
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Das
hier gezeigte Kfz-Scheinwerfermodul weist zwei Leuchteinheiten 1 auf.
Eine der Leuchteinheiten ist beispielsweise zur Erzeugung einer
abblendlichtartigen Abstrahlcharakteristik geeignet. Die andere
Leuchteinheit 1 ist dann geeignet, eine fernlichtartige
Abstrahlcharakteristik zu erzeugen.
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Die
Leuchteinheiten 1 umfassen jeweils Leuchtdiodenchips 2 und
eine Primäroptik 3.
Die Leuchtdiodenchips 2 der beiden Leuchteinheiten 1 sind
auf einem gemeinsamen Träger 4 aufgebracht. Bei
den Leuchtdiodenchips 2 handelt es sich vorzugsweise um
Leuchtdiodenchips in so genannter Dünnfilmbauweise.
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Das
heißt,
wenigstens ein Leuchtdiodenchip 2 weist eine Lichtauskoppelfläche auf,
durch die ein Großteil
der vom Leuchtdiodenchip 2 emittierten elektromagnetischen
Strahlung ausgekoppelt wird. Besonders bevorzugt tritt die gesamte
vom Leuchtdiodenchip 2 emittierte Strahlung durch die Lichtauskoppelfläche aus.
Die Lichtauskoppelfläche
ist beispielsweise durch einen Teil der Oberfläche des Leuchtdiodenchips 2 gegeben.
Bevorzugt ist die Lichtauskoppelfläche durch eine Hauptfläche des Leuchtdiodenchips 2 gegeben,
die beispielsweise parallel zu einer Epitaxieschichtenfolge des
Leuchtdiodenchips 2 angeordnet ist, welche geeignet ist, elektromagnetische
Strahlung zu erzeugen. Das heißt,
die in den Leuchtdiodenchips erzeugte elektromagnetische Strahlung
tritt überwiegend
oder ausschließlich
durch die dem Träger 4 abgewandte Oberseite
des Leuchtdiodenchips 2 aus.
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Dazu
kann die Epitaxieschichtenfolge beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur,
eine Einfach-Quantentopfstruktur
oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW) aufweisen. Die Bezeichnung
Quantentopfstruktur kann jegliche Struktur umfassen, bei der Ladungsträger durch Einschluss
("confinement") eine Quantisierung
ihrer Energiezustände
erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur
keine Angabe über
die Dimensionalität
der Quantisierung. Sie umfasst somit unter Anderem Quantentröge, Quantendrähte und
Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
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Bevorzugt
handelt es sich bei dem Leuchtdiodenchip 2 um einen Leuchtdiodenchip
bei dem das Aufwachssubstrat zumindest teilweise entfernt ist und
auf dessen dem ursprünglichen Aufwachssubstrat
abgewandte Oberfläche
ein Trägerelement
aufgebracht ist.
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Das
Trägerelement
kann, verglichen mit einem Aufwachssubstrat, relativ frei gewählt werden. Bevorzugt
wird ein Trägerelement
gewählt,
das hinsichtlich seines Temperaturausdehnungskoeffizienten besonders
gut an die strahlungserzeugende Epitaxieschichtenfolge angepasst
ist. Weiter kann das Trägerelement
ein Material enthalten, das besonders gut Wärme leitend ist. Auf diese
Weise wird die im Betrieb vom Leuchtdiodenchip 2 erzeugte
Wärme besonders
effizient an den Träger 4 abgeführt.
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Solche,
durch das Entfernen des Aufwachssubstrats hergestellten Leuchtdiodenchips 2,
werden oftmals als Dünnfilmleuchtdiodenchips
bezeichnet und zeichnen sich bevorzugt durch zumindest eines der
folgenden Merkmale aus:
- – An einer zum Trägerelement
hingewandten ersten Hauptfläche
der strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende
Schicht oder Schichtenfolge aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest
einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung
in diese zurückreflektiert.
- – Die
Epitaxieschichtenfolge weist bevorzugt eine Dicke von maximal 20 μm, besonders
bevorzugt von maximal 10 μm
auf.
- – Weiter
enthält
die Epitaxieschichtenfolge bevorzugt mindestens eine Halbleiterschicht
mit zumindest einer Fläche,
die eine Durchmischungsstruktur aufweist. Im Idealfall führt diese
Durchmischungsstruktur zu einer annähernd ergodischen Verteilung
des Lichts in der Epitaxieschichtenfolge, d.h. sie weist ein möglichst
ergodisch, stochastisches Streuverhalten auf.
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Ein
Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips
ist beispielsweise in der Druckschrift I. Schnitzer at al., Appl.
Phys. Lett. 63(16), 18. Oktober 1993, Seiten 2174 bis 2176 beschrieben,
deren Offenbarungsgehalt das Grundprinzip eines Dünnfilmleuchtdiodenchips
betreffend hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
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Die
Leuchtdiodenchips 2 der Leuchteinheit 1 basieren
vorzugsweise auf einem Phosphid- oder Nitrid-Verbindungshalbleiter.
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„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern
basierend" bedeutet
im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxieschichtenfolge
oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III-Verbindungshalbleitermaterial,
vorzugsweise AlnGamIn1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material
nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger
Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe
sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen
Eigenschaften des AlnGamIn1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der
Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese
teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitern
basierend" bedeutet
in diesem Zusammenhang, dass die aktive Epitaxieschichtenfolge oder
zumindest eine Schicht davon vorzugsweise AlnGamIn1-n-mP umfasst, wobei
0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n +
m ≤ 1. Dabei
muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung
nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere
Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des
Materials im Wesentlichen nicht ändern.
Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile
des Kristallgitters (Al, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch
geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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Diese
Materialien zeichnen sich durch vereinfacht erreichbare hohe interne
Quanteneffizienzen aus und eignen sich für Strahlung vom ultravioletten
(insbesondere Nitrid-basiertes Verbindungshalbleitermaterial) und
den sichtbaren (insbesondere Phosphid-basierte Verbindungshalbleitermaterialien)
Spektralbereich.
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Die
Leuchtdiodenchips 2 sind zum Beispiel geeignet, elektromagnetische
Strahlung im blauen Spektralbereich zu erzeugen, die durch ein Wellenlängenkonversionsmaterial
teilweise in elektromagnetische Strahlung im gelben Spektralbereich
konvertiert wird. Auf diese Weise wird weißes Mischlicht erzeugt.
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Besonders
bevorzugt umfasst das Wellenlängenkonversionsmaterial
dotierte Granate wie Ce- oder Tb-aktivierte Granate wie YAG:Ce,
TAG:Ce, TbYAG:Ce. Beispiele für
geeignete Wellenlängenkonversionsmaterialien
sind in den Druckschriften WO 97/50132 A1, WO 98/12757 A1 und WO 01/08452
A1 angegeben, deren Offenbarungsgehalte insofern hiermit ausdrücklich durch
Rückbezug aufgenommen
werden.
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Weiter
kann zumindest einer der Leuchtdiodenchips zumindest einer der Leuchteinheiten 1 geeignet
sein, elektromagnetische Strahlung im nahen infraroten Spektralbereich
zu erzeugen. Dieser Leuchtdiodenchip 2 basiert dann vorzugsweise
auf einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial.
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„Auf einem
Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basierend" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass
die aktive Epitaxieschichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon
vorzugsweise AlnGamIn1-n-mAs umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1. Dabei muss dieses Material
nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger
Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe
sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des
Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der
Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen
Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, As), auch wenn diese
teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
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Der
Träger 4 umfasst
ferner eine Kontaktstelle 7, über die die Leuchtdiodenchips 2 der
Leuchteinheiten 1 elektrisch kontaktierbar sind. Ferner
können über die
Kontaktstelle 7 Schaltsignale von außerhalb des Kfz-Scheinwerfermoduls
zu den Leuchteinheiten 1 gelangen.
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Die
Leuchtdiodenchips 2 sind mittels Leiterbahnen 9 kontaktiert.
Beispielsweise auf dem Träger 4 kann
auch eine stromstabilisierende Elektronik 8 angeordnet
sein. Eine solche stromstabilisierende Elektronik 8 zur
Spannungsversorgung der Leuchtdiodenchips 2 kann aber auch
außerhalb
des Trägers 4 beispielsweise
auf dem Kühlkörper 6 angeordnet sein.
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Den
Leuchtdiodenchips 2 der Leuchteinheiten 1 ist
pro Leuchteinheit jeweils eine primäre Optik 3 nachgeordnet.
Die Strahlungsaustrittsflächen 3a der
primären
Optiken 3 der beiden Leuchteinheiten 1 können bündig zusammenlaufen.
Bei den Primäroptiken 3 handelt
es sich beispielsweise um zumindest stellenweise CPC-artig, CEC-artig,
CHC-artig, pyramidenstumpfoptik-artig oder kegelstumpfoptik-artig ausgebildete
reflektive optische Elemente, wie sie weiter oben beschrieben sind.
Bevorzugt sind die primären
Optiken 3 geeignet, eine bestimmte Abstrahlcharakteristik
an der Strahlungsaustrittsfläche 3a oder
in einem Abstand von den Strahlungsaustrittsflächen 3a zu erzeugen.
Die Projektionslinse 5 projiziert die derart erzeugte Abstrahlcharakteristik der
Leuchteinheiten 1 dann in das Fernfeld.
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Der
Träger 4 ist
beispielsweise mittels Passstiften oder Schrauben 10 auf
einen Kühlkörper 6 aufgebracht.
Die von den Leuchtdiodenchips 2 im Betrieb erzeugte Wärme wird
durch den Träger 4,
der dazu beispielsweise ein gut Wärme leitendes Material wie
Kupfer oder Aluminium enthält,
an den Kühlkörper 6 abgegeben.
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2 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls.
Wie der 2 zu entnehmen ist, verläuft die
Trennachse 14 (siehe dazu 1A, 1B)
zwischen den Strahlungsaustrittsflächen 3a der beiden
Leuchteinheiten 1 senkrecht zur optischen Achse 13 der
Projektionslinse 5. Auf diese Weise kommt bei entsprechender Orientierung
des Kfz-Scheinwerfermoduls in einem Kfz-Frontscheinwerfer die Abbildung der
Abstrahlcharakteristik der ersten Leuchteinheit 1 unterhalb
und die Abstrahlcharakteristik der zweiten Leuchteinheit 1 oberhalb
des Horizonts zu liegen. Auf diese Weise kann mit einem einzigen
Kfz-Scheinwerfermodul eine abblendlichtartige und eine fernlichtartige
Abstrahlcharakteristik in das Fernfeld projiziert werden. Beide
Leuchteinheiten 1 nutzen dabei die gleiche Austrittsapertur
der Projektionslinse 5.
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Der
Kühlkörper 6 ist
im Ausführungsbeispiel der 2 nach
Art eines Zylinders ausgebildet. Diese Form eignet sich besonders
gut für
einen einfachen Einbau des Moduls in das Frontscheinwerfergehäuse eines
Kraftfahrzeuges. Zur verbesserten Abgabe der von den Leuchtdiodenchips 2 im
Betrieb erzeugten Wärme
an die Umgebung weist der Kühlkörper 6 im
Ausführungsbeispiel
der 2 zusätzlich Kühlrippen 6a auf.
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3 zeigt
eine mögliche
Beschaltung der Leuchteinheiten 1 für ein weiteres Ausführungsbeispiel
des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls. Diese Beschaltung
kann in allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen des Kfz-Scheinwerfermoduls
Verwendung finden. Die Spannungsversorgung der Leuchteinheiten 1 findet über eine
gemeinsame stromstabilisierende Elektronik 8, beispielsweise
einen Stromregulator, statt. Die Leuchteinheiten 1 sind
zueinander in Reihe geschaltet. An jeder Leuchteinheit 1 liegt
parallel ein Schalttransistor 11 an. Bei geschlossenem
Schalttransistor 11 ist die zum Schalttransistor 11 parallel
geschaltete Leuchteinheit kurzgeschlossen, sodass sie nicht aktiv
ist. Dabei kann im Parallelzweig, das heißt im Zweig des Schalttransistors 11,
optional auch ein Widerstand zur Stromreduktion angeordnet sein.
Die beschriebene Beschaltung der Leuchteinheiten 1 ermöglicht es vorteilhaft,
die Leuchteinheiten 1 mit nur einem Stromregulator zu versehen,
sodass nicht jede Leuchteinheit mit einem separaten Stromregulator angesteuert
werden muss. Auf diese Weise ist ein besonders kostengünstiges
Kfz-Scheinwerfermodul ermöglicht.
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4 zeigt
eine schematische Perspektivdarstellung einer Leuchteinheit 1,
wie sie zum Beispiel in einem vierten Ausführungsbeispiel des hier beschriebenen
Kfz-Scheinwerfermoduls
zum Einsatz kommen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist jede Leuchteinheit 1 auf
einem separaten Träger 4 angeordnet.
Die in 4 gezeigte Leuchteinheit 1 auf dem Träger 4 umfasst
beispielsweise fünf
Leuchtdiodenchips 2. Bei den Leuchtdiodenchips 2 handelt es
sich vorzugsweise um wie oben beschriebene Dünnfilmleuchtdiodenchips mit
einer Lichtausbeute von jeweils wenigstens 20 lm/W. Bevorzugt sind
die Leuchtdiodenchips 2 geeignet, Licht im blauen Spektralbereich
zu erzeugen. Dazu basieren die Leuchtdiodenchips 2 vorzugsweise
auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial. Den Leuchtdiodenchips 2 ist ein
Wellenlängenkonversionsmaterial
nachgeordnet. Der wellenlängenkonvertierte
Anteil der von den Leuchtdiodenchips 2 abgegebenen elektromagnetischen
Strahlung mischt sich mit dem nicht konvertierten Anteil bevorzugt
zu weißem
Licht.
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Die
Leuchtdiodenchips 2 sind auf einem Träger zum Beispiel am Boden eines
Gehäuses 12 angeordnet.
Das Gehäuse 12 kann
dazu aus einem keramischen Material wie Aluminiumnitrid bestehen. Bevorzugt
weist das Gehäuse 12 Innenwände auf, die
zumindest stellenweise reflektierend ausgebildet sind.
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Die
Leuchtdiodenchips 2 sind außerhalb des Gehäuses 12 an
den Kontaktflächen 12a und 12b elektrisch
kontaktierbar.
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Leiterbahnen 9 verbinden
die Kontaktflächen 12a, 12b mit
der Kontaktstelle 7 über
die die Leuchteinheit 1 von außen kontaktierbar ist. Beispielsweise kann
dadurch ein Anschluss der Leuchteinheit 1 an das Stromnetz
des Kraftfahrzeugs erfolgen. Das Kfz-Scheinwerfermodul kann mehrere
solcher Leuchteinheiten 1 mit jeweils einem Träger 4 aufweisen.
Dabei ist jede Leuchteinheit 1 dann für eine von den anderen Leuchteinheiten
verschiedene Lichtfunktion vorgesehen.
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5 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung des hier beschriebenen Kfz-Scheinwerfermoduls
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel.
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Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst
die sekundäre
Optik 5 eine Reflektoroptik. Die Leuchteinheiten 1 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
optisch voneinander entkoppelt. Die sekundäre Optik 5 ist dabei
zum Beispiel als Hohlkörper ausgebildet,
der auf seiner den Leuchtdiodenchips 2 zugewandten Oberfläche reflektierend
ausgebildet ist. Zum Beispiel ist die Oberfläche reflektierend beschichtet.
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Die
Leuchtdiodenchips 2 können
auf einem gemeinsamen Träger 4 angeordnet
sein. Eine Strahlformung der von den Leuchtdiodenchiops 2 erzeugten
elektromagnetischen Strahlung 15 findet zum einen durch
an primären
Optiken 3 statt. Zum anderen findet eine Strahlformung
durch die reflektierende Oberfläche
des Reflektors statt. Die Oberfläche
des Reflektors kann dazu zum Beispiel nach Art eines der weiter
oben beschriebenen nicht abbildenden optischen Konzentratoren geformt
sein.
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Die
in 5 links angeordnete Leuchteinheit 1 ist
zum Beispiel zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung geeignet.
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Durch
die primäre
Optik 3 der links angeordneten Leuchteinheit 1 ist
der Winkelbereich, in den Strahlung in den Reflektor abgegeben wird,
auf einen bestimmten, vorgegebenen Winkelbereich eingeschränkt. Die
in 5 rechts angeordnete Leuchteinheit 1 ist
beispielsweise zur Erzeugung einer, relativ zur Fernlichtverteilung,
breiteren Abblendlichtverteilung geeignet. Die primäre Optik 3 der
rechts angeordneten Leuchteinheit 1 ist dazu zum Beispiel
derart ausgebildet, dass eine Abstrahlung in den gesamten Reflektor
erfolgt. Bei den primären
Optiken 3 des Ausführungsbeispiels
gemäß der 5 kann
es sich zum Beispiel um ein Vergussmaterial handeln, dass die Leuchtdiodenchips 2 formschlüssig umhüllt.
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Die
beiden Leuchteinheiten 1 unterscheiden sich durch den Winkelbereich,
in dem sie Licht abstrahlen. Das heißt, die Leuchteinheiten 1 strahlen
in unterschiedlich breite Winkelbereiche in den Reflektor ab. Dadurch
ist es möglich,
wenigstens zwei verschiedene Lichtfunktionen in einem einzigen Reflektor
zu realisieren.
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Die
Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
beschränkt. Vielmehr
umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination
von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in
den Patentansprüchen
beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination von
Merkmalen selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder
Ausführungsbeispielen
angegeben sind.
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- 1
- Leuchteinheit
- 2
- Leuchtdiodenchip
- 3
- primäre Optik
- 3a
- Strahlungsaustrittsfläche
- 4
- Träger
- 5
- sekundäre Optik
- 6
- Kühlkörper
- 7
- Kontaktstelle
- 8
- stromstabilisierende
Elektronik
- 9
- Leiterbahn
- 10
- Passstift
- 11
- Schalteinheit
- 12
- Gehäuse
- 13
- optische
Achse
- 14
- Trennachse
- 15
- elektromagnetische
Strahlung