DE102008044835A1

DE102008044835A1 - Leuchtdiodenmodul

Info

Publication number: DE102008044835A1
Application number: DE200810044835
Authority: DE
Inventors: Peter Frey; Antonia Reeg; Thomas Dr. Reiners; Ralf Dr. Vollmer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leuchtdiodenmodul mit einer ersten Montageplatine (100), auf der mindestens eine Halbleiterlichtquelle (110, 120, 130, 140) angeordnet ist, wobei das Leuchtdiodenmodul mindestens eine weitere Montageplatine (200, 300) besitzt, auf der mindestens eine Halbleiterlichtquelle (210, 310) angeordnet ist, und wobei zwischen der ersten Montageplatine (100) und der mindestens einen weiteren Montageplatine (200, 300) eine flexible mechanische und elektrische Verbindung besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leuchtdiodenmodul gemäß dem berbegriff des Patentanspruchs 1.
I. Stand der Technik
Ein derartiges Leuchtdiodenmodul ist beispielsweise in der US 7,384,176 B2 offenbart. Die US 7,384,176 B2 beschreibt einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem Leuchtdiodenmodul, das eine Vielzahl von Leuchtdioden aufweist, die in zwei parallel versetzten Reihen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die beiden Leuchtdiodenreihen getrennt voneinander betrieben werden können, um unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen, wie beispielsweise Abblendlicht oder Fernlicht, zu erfüllen.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Leuchtdiodenmodul bereitzustellen, das für unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen in einem Scheinwerfer oder einer Leuchte verwendbar ist und auf einfache Weise an die Gegebenheiten im Scheinwerfer oder in der Leuchte angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Leuchtdiodenmodul besitzt eine erste Montageplatine, auf der mindestens eine Halbleiterlichtquelle angeordnet ist, und mindestens eine weitere Montageplatine mit mindestens einer darauf angeordneten Halbleiterlichtquelle, wobei zwischen der ersten und der mindestens einen weiteren Montageplatine eine flexible mechanische und elektrische Verbindung besteht.
Aufgrund der flexiblen mechanischen und elektrischen Verbindung zwischen den mit Halbleiterlichtquellen bestückten Montageplatinen kann das erfindungsgemäße Leuchtdiodenmodul an die Gegebenheiten unterschiedlicher Scheinwerfer und Leuchten angepasst werden. Insbesondere können die auf der mindestens einen weiteren Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen mit einer anderen räumlichen Ausrichtung oder Position als die auf der ersten Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen im Scheinwerfer oder der Leuchte fixiert werden. Beispielsweise können die Montageplatinen des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls an unterschiedlich orientierten Wandbereichen oder Gehäuseabschnitten eines Scheinwerfers oder einer Leuchte befestigt werden, um die auf den Montageplatinen angeordneten Halbleiterlichtquellen für unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen zu nutzen. Die auf der ersten Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen können zum Beispiel beim Einsatz des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls in einem Fahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen des Abblendlichts verwendet werden und die auf der mindestens einen weiteren Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen können, eventuell sogar zusammen mit den auf der ersten Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen, zum Erzeugen des Fernlichts dienen. In einem anders konzipierten Fahrzeugscheinwerfer können beispielsweise die auf der ersten Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen zum Erzeugen des Abblendlichts oder des Fernlicht und die auf der mindestens einen weiteren Montageplatine angeordneten Halbleiterlichtquellen zum Erzeugen des Tagfahrlichts oder des Nebellichts dienen. Durch die elektrische Verbindung zwischen den Montageplatinen können alle Halbleiterlichtquellen des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls von einer zentralen Betriebs- und Steuervorrichtung mit Energie und Steuerbefehlen gespeist werden. Das erfindungsgemäße Leuchtdiodenmodul ist somit vielseitig verwendbar.
Vorteilhafterweise ist die flexible mechanische und elektrische Verbindung zwischen der ersten und der mindestens einen weiteren Montageplatine als Kabel ausgebildet. Dadurch können die Montageplatinen in einem weitgehend frei wählbaren Abstand, der nur durch die Kabellänge begrenzt ist, und mit frei wählbarer räumlicher Ausrichtung in einem Scheinwerfer oder einer Leuchte fixiert werden. Die Enden des Kabels können mit den Montageplatinen verschweißt oder verlötet werden und dadurch wird eine sichere mechanische und elektrische Verbindung zwischen den Montageplatinen gewährleistet. Das Kabel kann mehrere Adern aufweisen, die jeweils mit einer Leiterbahn auf den Montageplatinen verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Leuchtdiodenmodul besitzt vorzugsweise zentrale elektrische Anschlüsse zur Spannungsversorgung der auf den Montageplatinen angeordneten Halbleiterlichtquellen. Mit Hilfe der zentralen elektrischen Anschlüsse können alle Halbleiterlichtquellen des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls von einem zentralen Betriebsgerät oder Steuergerät mit elektrischer Energie und Steuerbefehlen versorgt werden. Vorzugsweise beinhalten die zentralen elektrischen Anschlüsse ein mehradriges Kabel, beispielsweise ein flexibles Flachbandkabel, um eine separate Steuerung der Halbleiterlichtquellen mit unterschiedlichen Steuerbefehlen zu ermöglichen.
Die Montageplatinen des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls sind vorzugsweise als Metallkernplatinen ausgebildet, um eine gute thermische und elektrische Anbindung der Halbleiterlichtquellen zu gewährleisten. Die Halbleiterlichtquellen können dadurch beispielsweise unmittelbar auf eine metallische Oberfläche der Metallkernplatine geklebt oder gelötet werden, um die von den Halbleiterlichtquellen generierte Wärme über die metallische Oberfläche der Metallkernplatine an eine Wärmesenke oder einen Kühlkörper eines Scheinwerfers oder einer Leuchte weiter zu leiten, an dem die Metallkernplatine fixiert ist. Außerdem können die Leiterbahnen auf der Metallkernplatine zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterlichtquellen und etwaiger anderer elektrischer Bauteile, wie zum Beispiel Komponenten einer Betriebsschaltung, Schutzschaltung oder Steuervorrichtung für die Halbleiterlichtquellen oder zur Kontaktierung von Thermistoren genutzt werden.
Außerdem weisen die Montageplatinen des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls vorzugsweise Befestigungsmittel zu ihrer Befestigung in einem Scheinwerfer oder in einer Leuchte auf. Die Montageplatinen können dadurch an Wand- oder Gehäuseabschnitte oder an Kühlkörperflächen in dem Scheinwerfer oder in der Leuchte fixiert werden. Die Montageplatinen können Justagemittel aufweisen, die es ermöglichen, die räumliche Lage und Ausrichtung der auf den Montageplatinen angeordneten Halbleiterlichtquellen bezüglich einer Optik des Scheinwerfers oder der Leuchte eindeutig festzulegen. Ferner weisen die erste oder die mindestens eine weitere Montageplatine vorzugsweise Befestigungsmittel für eine oder mehrere Optiken auf, in die das von den Halbleiterlichtquellen emittierte Licht eingekoppelt wird, um die gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen.
Vorteilhafterweise sind auf mindestens einer Montageplatine Dioden zum Schutz der Halbleiterlichtquellen vor elektrostatischer Entladung angeordnet.
Vorteilhafterweise ist, zwecks Überwachung der Betriebstemperatur der Halbleiterlichtquellen bzw. des Leuchtdiodenmoduls, auf mindestens einer Montageplatine mindestens ein Bauelement mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand, insbesondere ein Thermistor angeordnet. Die zentralen elektrischen Anschlüsse umfassen daher vorzugsweise auch elektrische Anschlüsse für das mindestens eine Bauelement mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand, um dessen Widerstandswerte mittels eines Steuergerätes, das an die zentralen Anschlüsse angeschlossen wird, auslesen bzw. bestimmen zu können.
Bei jeder Halbleiterlichtquelle des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls handelt es sich vorzugsweise um eine Reihe oder eine Anordnung von mehreren Leuchtdioden oder Laserdioden, so genannte Leuchtdiodenarrays oder Laserdiodenarrays, die während des Betriebs zusammen in ausrei chendem Maß weißes Licht generieren, um das erfindungsgemäße Leuchtdiodenmodul in einen Fahrzeugfrontscheinwerfer zum Erzeugen des Tagfahrlichts, Abblendlichts, Fernlichts oder Nebellichts einsetzen zu können.
Vorteilhafterweise sind die Halbleiterlichtquellen des erfindungsgemäßen Leuchtdiodenmoduls in separat voneinander schaltbaren Strängen einer elektrischen Schaltung angeordnet, um mit Hilfe der Halbleiterlichtquellen unterschiedliche Lichtverteilungen generieren zu können.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
2 Eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung der Leuchtdiodenarrays des in 1 abgebildeten Leuchtdiodenmoduls
3 Eine schematische Darstellung der Schaltungsanordnung der Thermistoren
4 Eine schematische Darstellung des Aufbaus der in 2 abgebildeten Leuchtdiodenarrays aus einzelnen Leuchtdiodenchips
In 1 ist schematisch ein Leuchtdiodenmodul gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Dieses Leuchtdiodenmodul besitzt eine erste, rechteckige Montageplatine 100, die als Metallkernplatine ausgebildet ist. Auf der Vorderseite 101 der Montageplatine 100 sind vier, als Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140 ausgebildete Halbleiterlichtquellen unmittelbar auf eine metallische Oberfläche der Montageplatine 100, aufgeklebt. Die vier Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140 sind in einer Reihe, mittig entlang der Längsachse der Montageplatine 100 mit identischer Orientierung angeordnet. Entlang der beiden Längskanten der ersten Montageplatine 100 sind jeweils mehrere Bohrungen 150 angebracht, die zur Positionierung und Befestigung von Optiken (nicht abgebildet) über den einzelnen Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140 dienen. Außerdem sind auf der ersten Montageplatine 100 drei Einpressmuttern 160 angeordnet, die zur Fixierung der ersten Montageplatine 100 an einer Kühlfläche eines Kühlkörpers oder an einer Wandfläche eines Scheinwerfergehäuses oder eines Leuchtengehäuses dienen. Ferner sind auf der Vorderseite 101 der ersten Montageplatine zwei Thermistoren (NTC) 40 mit negativer Temperaturcharakteristik zur Überwachung der Betriebstemperatur des Leuchtdiodenmoduls angeordnet.
Zusätzlich besitzt das Leuchtdiodenmodul zwei weitere als Metallkernplatinen ausgebildete Montageplatinen 200, 300, die jeweils über ein zweiadriges flexibles Kabel 20, 30 mit der ersten Montageplatine 100 mechanisch und elektrisch verbunden sind. Ein Ende der Kabel 20 bzw. 30 ist jeweils mit elektrischen Kontaktflächen 170 bzw. 171 an einer Längsseite der ersten Montageplatine 100 verbunden, während das andere Ende der Kabel 20 bzw. 30 mit elektrischen Kontaktflächen 270, 370 auf der zweiten bzw. dritten Montageplatine 200 bzw. 300 verbunden ist. Die Kontaktflächen 170, 171, 270, 370 sind in 1 nur schematisch dargestellt. Jede Ader des Kabels 20 ist an beiden Kabelenden mit einer separaten elektrischen Kontaktfläche auf den Montageplatinen 100, 200 verbunden. Ebenso ist auch jede Ader des Kabels 30 an beiden Kabelenden mit einer separaten elektrischen Kontaktfläche auf den Montageplatinen 100, 300 verbunden.
Auf der Vorderseite 201 der zweiten Montageplatine 200 ist ein fünftes Leuchtdiodenarray 210, unmittelbar auf eine metallische Oberfläche der Montageplatine 200, aufgeklebt. Die zweite Montageplatine 200 besitzt eine Bohrung 260 zum Verschrauben der zweiten Montageplatine 200 mit einer Kühlfläche eines Kühlkörpers oder einer Wandfläche eines Gehäuses eines Scheinwerfers.
Auf der Vorderseite 301 der dritten Montageplatine 300 ist ein sechstes Leuchtdiodenarray 310, unmittelbar auf eine metallische Oberfläche der Montageplatine 300, aufgeklebt. Die dritte Montageplatine 300 besitzt eine Bohrung 360 zum Verschrauben der dritten Montageplatine 300 mit einer Kühlfläche eines Kühlkörpers oder einer Wandfläche eines Gehäuses eines Scheinwerfers.
Zur Energieversorgung des Leuchtdiodenmoduls dient ein mehradriges Flachbandkabel 10, dessen erstes Ende an einer kurzen Seite der ersten Montageplatine 100 befestigt ist. Das zweite Ende 11 des Flachbandkabels 10 ist so gestaltet, dass es in einen Stecker, insbesondere einen so genannten ZIF/LIF-Stecker einführbar ist, um das Leuchtdiodenmodul an ein Betriebsgerät oder Steuergerät für die Leuchtdiodenarrays anschließen zu können.
Jedes Leuchtdiodenarray 110, 120, 130, 140, 210, 310 besteht aus fünf Leuchtdiodenchips 111, 112, 113, 114, 115, die in einer Reihe auf einem gemeinsamen, elektrisch isolierenden Träger angeordnet und in Serie geschaltet sind. In 4 ist diese serielle Anordnung und Schaltung der Leuchtdiodenchips 111, 112, 113, 114, 115 am Beispiel des Leuchtdiodenarrays 110 schematisch dargestellt. Die fünf Leuchtdiodenchips eines jeden Leuchtdiodenarrays bilden jeweils eine Einheit, deren Funktionen gemeinsam gesteuert oder geregelt werden.
Die Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140, 210, 310 sind mit Hilfe von Leiterbahnen auf den Montageplatinen 100, 200, 300 und im Fall der auf der zweiten und dritten Montageplatine 200, 300 angeordneten Leuchtdiodenarrays 210, 310 zusätzlich mit Hilfe der Kabel 20, 30 elektrisch kontaktiert, so dass die Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140, 210, 310 über das Flachbandkabel 10 zentral mit elektrischer Energie versorgt werden. Über das Flachbandkabel 10 werden außerdem auch die Thermistoren 40 ausgelesen. Unterschiedliche Adern des Flachbandkabels 10 ermöglichen eine separate Steuerung und Helligkeitsregelung der einzelnen Leuchtdiodenarraypaare 110, 140 bzw. 120, 130 bzw. 210, 310.
Die 2 zeigt, auf welche Weise die Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140, 210, 310, die während ihres Betriebs alle weißes Licht emittieren, elektrisch miteinander verbunden sind. Die beiden Leuchtdiodenarrays 110 und 140 sind in Serie geschaltet und werden gemeinsam betrieben, das heißt, gemeinsam ein- und ausgeschaltet sowie in ihrer Helligkeit reguliert. Parallel zu der Serienschaltung der beiden Leuchtdiodenarrays 110, 140 ist eine Diode 51 geschaltet, welche die Leuchtdiodenarrays 110, 140 bzw. deren Leuchtdiodenchips vor elektrostatischen Entladungen schützt. Ebenso sind die beiden Leuchtdiodenarrays 120, 130 in Serie geschaltet und werden gemeinsam betrieben, das heißt, gemeinsam ein- und ausgeschaltet sowie in ihrer Helligkeit reguliert. Parallel zu der Serienschaltung der beiden Leuchtdiodenarrays 120, 130 ist eine Diode 50 geschaltet, welche die Leuchtdiodenarrays 120, 130 bzw. deren Leuchtdiodenchips vor elektrostatischen Entladungen schützt. Weiterhin sind auch die beiden anderen Leuchtdiodenarrays 210, 310 in Serie geschaltet und werden gemeinsam betrieben, das heißt, gemeinsam ein- und ausgeschaltet sowie in ihrer Helligkeit reguliert. Parallel zu der Serienschaltung der beiden Leuchtdiodenarrays 210, 310 ist eine Diode 52 geschaltet, welche die Leuchtdiodenarrays 210, 310 bzw. deren Leuchtdiodenchips vor elektrostatischen Entladungen schützt. Die drei Dioden 50, 51, 52 und die Thermistoren 40 sind auf der Vorderseite 101 der ersten Montageplatine 100 angeordnet. Die drei Leuchtdiodenarraypaare 110, 140 und 120, 130 sowie 210, 310 können getrennt voneinander ein- und ausgeschaltet und in ihrer Helligkeit reguliert werden.
Bei Verwendung des Leuchtdiodenmoduls in einem Fahrzeugscheinwerfer werden die vier Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140 gemeinsam betrieben, um das Abblendlicht zu erzeugen. Zum Erzeugen des Fernlichts werden die vier Leuchtdiodenarrays 110, 140, 210, 310 gemeinsam betrieben. Jeweils einer der beiden Thermistoren 40 ist in unmittelbarer Nähe des Leuchtdiodenarrays 110 bzw. 120 angeordnet, so dass eine Überwachung der Temperatur der Leuchtdiodenarrays sowohl während des Abblendlichtbetriebs als auch während des Fernlichtbetriebs und während des Tagfahrlichtbetriebs erfolgt. In allen Fällen wirken die Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140, 210, 310 mit Lichtlenkmitteln (nicht abgebildet) des optischen Systems des Fahrzeugscheinwerfers zusammen, in den das Leuchtdiodenmodul eingebaut ist.
In 3 ist die Anordnung der zwei Thermistoren 40 schematisch dargestellt. Die beiden Thermistoren 40 sind auf der Vorderseite der ersten Montageplatine 100 angeordnet.
4 zeigt am Beispiel des Leuchtdiodenarrays 110, dass alle sechs Leuchtdiodenarrays 110, 120, 130, 140, 210, 310 jeweils aus fünf in Serie geschalteten Leuchtdiodenchips 111, 112, 113, 114, 115 bestehen. Diese Leuchtdiodenchips sind auf einem gemeinsamen, elektrisch isolierenden Träger angeordnet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7384176 B2 [0002, 0002]

Claims

Leuchtdiodenmodul mit einer ersten Montageplatine (100), auf der mindestens eine Halbleiterlichtquelle (110, 120, 130, 140) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtdiodenmodul mindestens eine weitere Montageplatine (200, 300) besitzt, auf der mindestens eine Halbleiterlichtquelle (210, 310) angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Montageplatine (100) und der mindestens einen weiteren Montageplatine (200, 300) eine flexible mechanische und elektrische Verbindung besteht.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 1, wobei die mechanische und elektrische Verbindung als Kabel (20, 30) ausgebildet ist.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 1, wobei das Leuchtdiodenmodul zentrale elektrische Anschlüsse (10, 11) zur Spannungsversorgung der Halbleiterlichtquellen (110, 120, 130, 140, 210, 310) auf den Montageplatinen (100, 200, 300) besitzt.
Leuchtdiodenmodul nach Anspruch 3, wobei die zentralen elektrischen Anschlüsse ein mehradriges Kabel (10) umfassen.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Montageplatinen (100, 200, 300) als Metallkernplatinen ausgebildet sind.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Halbleiterlichtquellen auf einer metallischen Oberfläche der Montageplatinen (100, 200, 300) aufgebracht sind.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Montageplatinen (100, 200, 300) Befestigungsmittel (160, 260, 360) zu ihrer Fixierung in einem Scheinwerfer oder einer Leuchte aufweisen.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf mindestens einer Montageplatine (100) Dioden (50, 51, 52) zum Schutz der Halbleiterlichtquellen (110, 120, 130, 140, 210, 310) vor elektrostatischer Entladung oder vor überhöhter Spannung angeordnet sind.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei auf mindestens einer Montageplatine (100) mindestens ein Bauelement (40) mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand zur Überwachung der Betriebstemperatur der Halbleiterlichtquellen (110, 120) angeordnet ist.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Halbleiterlichtquellen als Leuchtdiodenarrays (110, 120, 130, 140, 210, 310) ausgebildet sind.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zentralen elektrischen Anschlüsse (10, 11) Anschlüsse für mindestens ein Bauelement (40) mit temperaturabhängigem elektrischen Widerstand umfassen.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die erste oder die mindestens eine weitere Montageplatine (100, 200, 300) Positionierungsmittel und Befestigungsmittel (150) für eine oder mehrere Optiken aufweisen, in die das von der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (110, 120, 130, 140, 210, 310) emittierte Licht eingekoppelt wird.
Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Halbleiterlichtquellen in separat von einander schaltbaren Strängen einer elektrischen Schaltung angeordnet sind.
Fahrzeugscheinwerfer mit einem Leuchtdiodenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13.