DE102009054535A1

DE102009054535A1 - Leuchtdiode, Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiode und Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102009054535A1
Application number: DE102009054535A
Authority: DE
Inventors: Robert Kraus
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-02-24

Abstract

Die Leuchtdiode (1) weist ein Gehäuse (2) auf, wobei in dem Gehäuse (2) mindestens ein erster Leuchtdiodenchip (6) und mindestens eine ESD-Schutzdiode untergebracht sind, wobei die ESD-Schutzdiode antiparallel zu dem mindestens einen ersten Leuchtdiodenchip (6) geschaltet ist, wobei die ESD-Schutzdiode einen zweiten Leuchtdiodenchip (8) umfasst, und wobei der mindestens eine erste Leuchtdiodenchip (6) und der zweite Leuchtdiodenchip (8) eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche aufweisen, wobei der zweite Leuchtdiodenchip bezüglich eines Farborts und einer Helligkeit definiert ist und wobei die Leuchtdiode für einen wechselnd gepolten Betrieb ausgelegt ist. Die Leuchtvorrichtung weist mindestens eine Leuchtdiode (1) auf, welche zum Durchführen eines Verfahrens eingerichtet ist, wobei die Leuchtvorrichtung mindestens eine Ansteuerung (9) zum Ansteuern der mindestens einen Leuchtdiode (1) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchtdiode, aufweisend ein Gehäuse, wobei in dem Gehäuse mindestens ein erster Leuchtdiodenchip und mindestens eine ESD-Schutzdiode untergebracht sind, wobei die ESD-Schutzdiode antiparallel zu dem mindestens einen ersten Leuchtdiodenchip geschaltet ist, wobei die ESD-Schutzdiode einen zweiten Leuchtdiodenchip umfasst, und wobei der mindestens eine erste Leuchtdiodenchip und der zweite Leuchtdiodenchip eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner eine Leuchtvorrichtung unter Verwendung mindestens einer solchen Leuchtdiode und des Verfahrens.
Für eine Erzeugung eines warmweißen Farbtons mittels Leuchtdioden ist es bekannt, Licht einer weißen, insbesondere grünlich-weißen, Leuchtdiode mit Licht einer roten Leuchtdiode zu mischen, um einen gewünschten Farbort auf dem Planckschen Kurvenzug zu erreichen. Die weiße und die rote Leuchtdiode können durch eine ESD-Schutzdiode abgesichert sein.
Es ist eine Leuchtdiode bekannt, z. B. vom Typ LCW E6SG der Fa. Osram, welche ein Gehäuse aufweist, wobei in dem Gehäuse ein weiß strahlender bzw. weißer Leuchtdiodenchip und mindestens eine ESD-Schutzdiode untergebracht sind, wobei die ESD-Schutzdiode antiparallel bzw. in Rückwärtsrichtung zu dem weißen Leuchtdiodenchip geschaltet ist. Der weiße Leuchtdiodenchip weist je nach Variante eine definierte Farbtemperatur zwischen 2700 K und 4500 K auf. Die ESD-Schutzdiode wird durch einen rot strahlenden bzw. roten Leuchtdiodenchip gebildet. Der weiße Leuchtdiodenchip und der rote Leuchtdiodenchip weisen eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche auf, welche also je nach Polung des Ansteuersignals weiß oder rot leuchtet. Jedoch ist der rote Leuchtdiodenchip ausdrücklich nicht für einen Umkehrbetrieb der Leuchtdiode vorgesehen. Seine Eigenschaften sind nur auf seine ESD-Schutzfunktion abgestimmt, während sein Farbort und seine Helligkeit nicht definiert sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einige der oben genannten Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere eine kompakte Leuchtdiode bereitzustellen, bei der ein insbesondere warmweißer Farbort preisgünstig und mit einem geringen Aufwand einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Leuchtdiode weist ein Gehäuse auf, wobei in dem Gehäuse mindestens ein erster Leuchtdiodenchip und mindestens eine ESD-Schutzdiode untergebracht sind. Die ESD-Schutzdiode ist antiparallel zu dem mindestens einen ersten Leuchtdiodenchip geschaltet, um im Fall einer elektrostatischen Entladung (ESD-Fall) eine Beschädigung des mindestens einen ersten Leuchtdiodenchips durch eine überhohe Spannung in Sperrrichtung zu vermeiden. Die ESD-Schutzdiode umfasst einen zweiten Leuchtdiodenchip, wobei der mindestens eine erste Leuchtdiodenchip und der zweite Leuchtdiodenchip eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche aufweisen. Ferner ist der zweite Leuchtdiodenchip nun bezüglich eines Farborts und einer Helligkeit definiert, so dass dessen Licht gezielt für eine Einstellung eines wahrgenommenen Farborts nutzbar ist. Die Leuchtdiode ist zudem für einen wechselnd gepolten Betrieb ausgelegt.
Die Leuchtdiode kann auch als ein LED-Package bezeichnet werden.
Durch den wechselnd gepolten Betrieb werden abwechselnd der mindestens eine weiße Leuchtdiodenchip und der rote Leuchtdiodenchip betrieben. So wird von einem Betrachter aufgrund seiner Augenträgheit der gleiche Farbton wahrgenommen wie bei einer gleichzeitigen Farbmischung. Die Leuchtdiode weist folglich den Vorteil auf, dass der rote Leuchtdiodenchip nun zusätzlich zu seiner ESD-Schutzfunktion eine Beleuchtungsfunktion wahrnimmt, so dass auf einen separaten roten Leuchtdiodenchip, welcher nur die Beleuchtungsfunktion wahrnimmt, verzichtet werden kann. Dies senkt die Kosten der Leuchtdiode und ermöglicht eine kompaktere Bauweise.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der erste Leuchtdiodenchip ein weißer Leuchtdiodenchip ist und der zweite Leuchtdiodenchip ein roter Leuchtdiodenchip ist. Dadurch kann ein als warmweiß empfundener Farbton erzeugt werden.
Der erste Leuchtdiodenchip und der zweite Leuchtdiodenchip können einen unterschiedlichen Nennstrom aufweisen, z. B. kann der erste Leuchtdiodenchip einen Nennstrom von ca. 300 mA aufweisen und der zweite Leuchtdiodenchip einen Nennstrom von ca. 100 bis 200 mA aufweisen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiode, bei dem die Leuchtdiode mit einem Signal wechselnder Polarität angesteuert wird. Durch den wechselnd gepolten Betrieb werden abwechselnd der mindestens eine weiße Leuchtdiodenchip und der rote Leuchtdiodenchip betrieben. So wird von einem Betrachter aufgrund seiner Augenträgheit der gleiche Farbton wahrgenommen wie bei einer gleichzeitigen Farbmischung.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Leuchtdiode mit einer Taktfrequenz von mindestens 24 Hz mit wechselnder Polarität angesteuert wird. In anderen Worten kann das Steuersignal eine Taktfrequenz von mindestens 24 Hz aufweisen. In einer Sekunde werden somit sowohl der mindestens eine weiße Leuchtdiodenchip als auch der rote Leuchtdiodenchip 24-mal wechselweise eingeschaltet: Diese Frequenz ist so hoch, dass das von der Leuchtdiode abgestrahlte, abwechselnd weiße und rote Licht als nicht-wechselnd empfunden wird.
Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass die Leuchtdiode mit einer Netzfrequenz angesteuert wird. In anderen Worten weist das Steuersignal eine Netzfrequenz auf. Dies erhöht eine angenehme, nicht-flackernde Empfindung des abgestrahlten Lichts. Zudem ist eine Einstellung der Taktfrequenz des Ansteuersignals durch eine Kopplung mit oder eine Ableitung aus einer Netzspannung einfach möglich (Netzsynchronität).
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass die Leuchtdiode mittels eines PWM-Signals angesteuert wird. In anderen Worten kann das das Steuersignal ein PWM-Signal sein. Dadurch ist eine besonders präzise Steuerung der Lichtstärken der Leuchtdiodenchips und damit des wahrgenommenen Farborts möglich.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass die Leuchtdiode mittels eines Wechselspannungssignals angesteuert wird, was eine besonders einfach ausgestaltete Ansteuerung ermöglicht. In anderen Worten kann das Steuersignal ein Wechselspannungssignal sein.
Es ist für eine einfache Realisierung eine weitere Ausgestaltung, dass für eine Einstellung des Farborts ein Amplitudenverhältnis von Amplituden jeweiliger Halbzyklen unterschiedlicher Polarität des Wechselspannungssignals einstellbar ist.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leuchtvorrichtung, aufweisend mindestens eine Leuchtdiode wie oben beschrieben, welche zum Durchführen eines Verfahrens wie oben beschrieben eingerichtet ist, wobei die Leuchtvorrichtung mindestens eine Ansteuerung (z. B. Treiberbaustein) zum Ansteuern der mindestens einen Leuchtdiode aufweist.
In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
1 zeigt eine Leuchtdiode in Ansicht von oben mit innenliegenden Strukturen gestrichelt eingezeichnet;
2 zeigt eine Leuchtdiode in Seitenansicht mit innenliegenden Strukturen gestrichelt eingezeichnet;
3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Leuchtdiode aus 1 und 2;
4 zeigt ein mögliches Ansteuersignal für die Leuchtdiode aus 1 bis 3;
5 zeigt ein weiteres mögliches Ansteuersignal für die Leuchtdiode aus 1 bis 3.
1 zeigt eine Leuchtdiode 1 in Ansicht von oben mit innenliegenden Strukturen gestrichelt eingezeichnet; 2 zeigt die Leuchtdiode 1 in Seitenansicht.
Die Leuchtdiode 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches drei seitlich aus dem Gehäuse ragende Anschlüsse A und einen Anschluss C aufweist.
Das Gehäuse weist eine vorderseitige Aussparung 3 auf, deren Seitenwände 4 reflektierend ausgebildet sind. Im Bereich eines Bodens 5 der Aussparung 3 befindet sich ein weißer Leuchtdiodenchip 6. Die Aussparung 3 ist mittels einer lichtstreuenden bzw. opaken plattenförmigen Abdeckung 7 als der Lichtaustrittsfläche abgedeckt, welche den Leuchtdiodenchip 6 schützt.
Die Leuchtdiode 1 weist ferner einen roten Leuchtdiodenchip 8 auf, welcher ebenfalls im Bereich des Bodens 5 angeordnet ist. Bei einem Betrieb eines der Leuchtdiodenchips 6 oder 8 strahlen diese weißes bzw. rotes Licht aus, welches entweder direkt durch die Abdeckung 7 läuft oder vorher an der reflektierenden Seitenwand 4 reflektiert worden ist. Beide Leuchtdiodenchips 6 oder 8 strahlen somit ihr Licht durch die Abdeckung 7 ab.
3 zeigt ein Ersatzschaltbild der Leuchtdiode 1. Der weiße Leuchtdiodenchip 6 und der rote Leuchtdiodenchip 8 sind antiparallel zwischen die Anschlüsse A einerseits und den Anschluss C andererseits geschaltet. Die Anschlüsse A sind direkt miteinander verbunden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen zwei Anschlüssen A-A einem elektrischen Kurzschluss entspricht.
Bei Anlegen einer Spannung zwischen den Anschlüssen A und C in Durchlassrichtung des weißen Leuchtdiodenchips 6, welche der Sperrrichtung des roten Leuchtdiodenchips 8 entspricht, wird der weiße Leuchtdiodenchip 6 zur Emission angeregt, und die Leuchtdiode 1 strahlt durch ihre Abdeckung 7 weißes Licht ab. Analog wird bei Anlegen einer umgekehrten Spannung zwischen den Anschlüssen C und A in Durchlassrichtung des roten Leuchtdiodenchips 8, welche der Sperrrichtung des weißen Leuchtdiodenchips 6 entspricht, der rote Leuchtdiodenchip 8 zur Emission angeregt, und die Leuchtdiode 1 strahlt durch ihre Abdeckung 7 rotes Licht ab. Im ESD-Fall ist der rote Leuchtdiodenchip 8 immer noch dazu ausgelegt, den weißen Leuchtdiodenchip 6 vor einer Überspannung in Sperrrichtung zu schützen, während umgekehrt der weiße Leuchtdiodenchip 6 nicht für einen ESD-Schutz des roten Leuchtdiodenchips 8 ausgelegt zu sein braucht.
Zum Betrieb der Leuchtdiode 1 sind die Anschlüsse A und C mit einer Ansteuerung 9 verbunden. Die Ansteuerung 9, z. B. ein Treiberbaustein, gibt ein abwechselnd polarisiertes Steuersignal ausreichend hoher Frequenz auf die Leuchtdiodenchips 6 und 8 auf, so dass die Leuchtdiodenchips 6 und 8 entsprechend abwechselnd leuchten. Die Leuchtdiodenchips 6 und 8 werden so schnell umgeschaltet, dass ein Auge eines typischen Betrachters den Farbwechsel nicht mehr wahrnehmen kann und somit das abgestrahlte Licht als ein, hier warmweißes, Mischlicht wahrnimmt.
4 zeigt ein mögliches Ansteuersignal 10 für die Leuchtdiode 1. Das Ansteuersignal 10 kann durch die Ansteuerung 9 erzeugt werden. Das Ansteuersignal ist ein Spannungssignal, das seine Polarität von einer positiven Polarität (V+) zu einer negativen Polarität (V–) abwechselnd über die Zeit t in regelmäßigen Intervallen umschaltet. Falls das Ansteuersignal 10 eine positive Polarität aufweist, ist der weiße Leuchtdiodenchip 6 in Durchlassrichtung geschaltet und kann entsprechend weißes Licht emittieren. Falls das Ansteuersignal 10 eine negative Polarität aufweist, ist der rote Leuchtdiodenchip 6 in Durchlassrichtung geschaltet und kann entsprechend rotes Licht emittieren.
Das Ansteuersignal 10 ist hier ein PWM-Signal, das abwechselnd aus einem Signalteil 11 mit positiver Polarität und einem Signalteil 12 mit negativer Polarität zusammengesetzt ist. Die beiden Signalteile 11 und 12 können vorzugsweise für eine Einstellung der Lichtstärke der Leuchtdiodenchips 6, 8 und damit des Farborts unabhängig voneinander eingestellt werden, insbesondere ein unterschiedliches Tastverhältnis aufweisen.
5 zeigt ein weiteres mögliches Ansteuersignal 13 für die Leuchtdiode 1 aus 1 bis 3. Im Gegensatz zu dem PWM-Signal aus 4 ist das Ansteuersignal 13 ein sinusförmiges, analoges Ansteuersignal, wobei die obere oder positive Halbwelle bzw. Halbzyklus den weißen Leuchtdiodenchip 6 betreibt und die untere oder negative Halbwelle bzw. Halbzyklus den roten Leuchtdiodenchip 6. Eine Lichtstärke der Leuchtdiodenchips 6 und 8 kann über ein Amplitudenverhältnis der Halbwellen oder Halbzyklen eingestellt werden. Es wird für das Ansteuersignal 13 bevorzugt, wenn es die gleiche Frequenz aufweist wie ein Netzspannungssignal, da dann eine Ansteuerung der Leuchtdiodenchips 6, 8 im Wesentlichen auf eine Amplitudenmodulation des Netzspannungssignals beschränkt werden kann.
Die Leuchtdiode 1 und die Ansteuerung 9 können Teile einer Leuchtvorrichtung 14 darstellen, beispielsweise mit weiteren Leuchtdioden 1.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Bezugszeichenliste

1: Leuchtdiode
2: Gehäuse
3: Aussparung
4: reflektierende Seitenwand
5: Boden
6: weißer Leuchtdiodenchip
7: Abdeckung
8: roter Leuchtdiodenchip
9: Ansteuerung
10: Ansteuersignal
11: Signalteil mit positiver Polarität
12: Signalteil mit negativer Polarität
13: Ansteuersignal
14: Leuchtvorrichtung

Claims

Leuchtdiode (1), – aufweisend ein Gehäuse (2), wobei in dem Gehäuse (2) mindestens ein erster Leuchtdiodenchip (6) und mindestens eine ESD-Schutzdiode (8) untergebracht sind, – wobei die ESD-Schutzdiode (8) antiparallel zu dem mindestens einen ersten Leuchtdiodenchip (6) geschaltet ist, – wobei die ESD-Schutzdiode (8) einen zweiten Leuchtdiodenchip (8) umfasst, und – wobei der mindestens eine erste Leuchtdiodenchip (6) und der zweite Leuchtdiodenchip (8) eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche (7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass – der zweite Leuchtdiodenchip (8) bezüglich eines Farborts und einer Helligkeit definiert ist und dass – die Leuchtdiode (1) für einen wechselnd gepolten Betrieb ausgelegt ist.
Leuchtdiode (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leuchtdiodenchip (6) ein weißer Leuchtdiodenchip (6) ist und der zweite Leuchtdiodenchip (8) ein roter Leuchtdiodenchip (8) ist.
Verfahren zum Betreiben einer Leuchtdiode (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdiode (1) mit einem Steuersignal (10; 13) wechselnder Polarität angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (10; 13) eine Taktfrequenz von mindestens 24 Hz aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (10; 13) eine Netzfrequenz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (10) ein PWM-Signal ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal ein Wechselspannungssignal ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Amplitudenverhältnis von Amplituden jeweiliger Halbwellen unterschiedlicher Polarität des Wechselspannungssignals einstellbar ist.
Leuchtvorrichtung (14), aufweisend mindestens eine Leuchtdiode (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 8 eingerichtet ist, wobei die Leuchtvorrichtung (14) mindestens eine Ansteuerung (9) zum Ansteuern der mindestens einen Leuchtdiode (1) aufweist.