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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Beleuchtungseinrichtungen mit LED-Einheiten werden heutzutage in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt. Unter anderem ist es bekannt, LED-Einheiten in Kraftfahrzeugen, z.B. in einem Scheinwerfer oder als Innenraumbeleuchtung, zu verbauen.
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LED-Einheiten werden z.B. in transparenten Flächen integriert, um hierdurch flächige Leuchtelemente zu schaffen. Dabei wird die Verdrahtung zur Bestromung der LED-Einheiten oftmals außerhalb der transparenten Fläche angeordnet, damit sie für den Betrachter nicht sichtbar ist.
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Darüber hinaus gibt es im Stand der Technik Ansätze, LEDs über elektrisch leitfähige Beschichtungen miteinander zu verbinden. Das Dokument
US 2006/0275599 A1 offenbart eine Struktur aus mehreren transparenten Schichten mit darin integrierten LEDs, welche über eine elektrisch leitfähige Beschichtung kontaktiert werden. In der Druckschrift
DE 20 2007 008 410 U1 ist ein Einbauelement gezeigt, welches eine Polymerfolie mit einer transluzenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung umfasst, mit der elektronische Bauelemente, wie z.B. LEDs, über elektrisch leitende Klebepunkte verbunden sind.
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Bei den bekannten flächigen Beleuchtungseinrichtungen mit LED-Einheiten besteht das Problem, dass die LED-Einheiten trotz ihrer geringen Größe immer noch Abmessungen aufweisen, so dass sie durch das menschliche Auge im nicht-aktivierten Zustand sichtbar sind, was für eine Vielzahl von Anwendungen nicht wünschenswert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer lichtdurchlässigen Fläche zu schaffen, wobei die Beleuchtungseinrichtung im nicht-aktivierten Zustand nicht als solche erkennbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist für ein Kraftfahrzeug, wie z.B. einen PKW oder einen LKW, vorgesehen. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst ein oder mehrere Beleuchtungsbauteile, wobei ein jeweiliges Beleuchtungsbauteil ein transparentes Substrat und eine oder mehrere LED-Einheiten mit jeweils zumindest einer LED umfasst. Hier und im Folgenden ist unter dem Begriff „transparent“ ein Transmissionsgrad von 95% oder höher und insbesondere von im Wesentlichen 100% für Licht zu verstehen, das für das menschliche Auge sichtbar ist. Ein jeweiliges Beleuchtungsbauteil kann eine Innenraumbeleuchtung oder eine Außenbeleuchtung für das Kraftfahrzeug darstellen.
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In der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung ist auf einer vorgegebenen Substratseite eine transmissive Leiterstruktur zur Bestromung der LED-Einheit und der LED- Einheiten aufgebracht. Der Begriff der transmissiven Leiterstruktur ist dabei dahingehend zu verstehen, dass die Leiterstruktur einen bestimmten Grad an Durchlässigkeit für Licht aufweist, welches für das menschliche Auge sichtbar ist. Vorzugsweise hat die transmissive Leiterstruktur einen Transmissionsgrad von 70% oder mehr, insbesondere von 80% oder mehr und besonders bevorzugt von 90% oder 95% oder mehr. Insbesondere kann der Transmissionsgrad auch bei im Wesentlichen 100% liegen. Die LED-Einheit bzw. die LED-Einheiten sind in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mittels eines elektrisch leitenden Klebers auf der vorgegebenen Substratseite mit der Leiterstruktur verbunden und hierdurch an dem Substrat befestigt.
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Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine jeweilige LED-Einheit ein gehäuseloser LED-Chip ist, der eine erste und eine gegenüberliegende zweite Seite umfasst, wobei sich auf der ersten Seite elektrische Kontakte befinden, welche über den elektrisch leitenden Kleber die Leiterstruktur kontaktieren, und wobei über die zweite Seite die Lichtabstrahlung der zumindest einen LED des jeweiligen LED-Chips erfolgt. Mit anderen Worten werden in der Beleuchtungseinrichtung als LED-Einheiten gehäuselose Flip-Chips verwendet, welche Kontakte auf der Unterseite aufweisen und ohne Bonddrähte direkt mit der Unterseite auf dem Substrat montiert werden.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass in einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug durch die Verwendung der Flip-Chip-Technologie die einzelnen LED-Einheiten miniaturisiert werden können, so dass sie nicht mehr für das menschliche Auge sichtbar sind und somit die Beleuchtungseinrichtung im abgeschalteten Zustand nicht als solche identifiziert werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung liegt in zumindest einem Beleuchtungsbauteil und insbesondere in jedem Beleuchtungsbauteil die maximale Ausdehnung eines jeweiligen LED-Chips in Draufsicht auf die vorgegebene Substratseite zwischen 50 µm und 200 µm, insbesondere zwischen 100 µm und 150 µm, z.B. bei 127 µm.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist das Substrat in zumindest einem Beleuchtungsbauteil ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat, z.B. aus PMMA. Die Dicke des Substrats liegt vorzugsweise bei 1 mm oder weniger.
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In einer weiteren bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist in zumindest einem Beleuchtungsbauteil auf der vorgegebenen Substratseite eine transparente Schicht angeordnet, welche den oder die LED-Chips sowie die Leiterstruktur bedeckt. Hierdurch wird ein effizienter Schutz der Leiterstruktur bzw. der LED-Chips erreicht. Gegebenenfalls kann auch auf der anderen Substratseite, welche der vorgegebenen Substratseite gegenüberliegt, eine entsprechende transparente Schicht angeordnet sein. Insbesondere ist es auch möglich, dass das zumindest eine Beleuchtungsbauteil komplett in einem transparenten Körper eingebettet ist.
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Das Substrat kann je nach Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung unterschiedlich geformt sein. In einer Variante ist das Substrat in zumindest einem Beleuchtungsbauteil eine ebene Schicht. Nichtsdestotrotz ist es auch möglich, dass das Substrat einen oder mehrere gebogene Abschnitte umfasst und in diesem Sinne eine dreidimensionale Formgebung aufweist.
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Je nach Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung verschiedene Funktionalitäten im Kraftfahrzeug übernehmen. In einer Variante wird in zumindest einem Beleuchtungsbauteil durch einen oder mehrere der LED-Chips eine Suchbeleuchtung gebildet, welche im Betrieb (d.h. bei Betrieb im eingebauten Zustand im Kraftfahrzeug) Informationen über eine oder mehrere im Kraftfahrzeug vorhandene Funktionen anzeigt, z.B. in der Form entsprechender Symbole und/oder Buchstaben und/oder Zahlen. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass in zumindest einem Beleuchtungsbauteil durch einen oder mehrere der LED-Chips eine Funktionsbeleuchtung gebildet wird, welche die Aktivierung einer oder mehrerer Funktionen im Kraftfahrzeug anzeigt. Vorzugsweise werden die beiden soeben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert, so dass das zumindest eine Beleuchtungsbauteil sowohl eine Suchbeleuchtung als auch eine Funktionsbeleuchtung enthält.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist zumindest ein Beleuchtungsbauteil in einem Bedienelement für das Kraftfahrzeug integriert. Dabei kann es sich beispielsweise um Bedientasten, Bedienschalter und dergleichen handeln.
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In einer weiteren, besonders bevorzugten Variante ist zumindest ein Beleuchtungsbauteil in einem transparenten Gangwahlhebel für das Kraftfahrzeug integriert. Vorzugsweise ist das zumindest eine Beleuchtungsbauteil dabei derart ausgestaltet, dass es eine Vielzahl von LED-Chips umfasst, welche im transparenten Gangwahlhebel die vorhandenen Gänge darstellen und anzeigen, welcher Gang gerade eingelegt ist. Auf diese Weise wird ein optisch ansprechender transparenter Gangwahlhebel geschaffen, der gleichzeitig eine Beleuchtungsfunktion zur Anzeige der Gänge sowie des gewählten Gangs beinhaltet.
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Neben dem soeben beschriebenen transparenten Gangwahlhebel kann die Beleuchtungseinrichtung alternativ oder zusätzlich auch an anderen Orten im Kraftfahrzeug verbaut sein. Insbesondere kann zumindest ein Beleuchtungsbauteil der Beleuchtungseinrichtung in einer Kraftfahrzeugscheibe integriert sein, beispielsweise um eine Spurwechselwarnung zu realisieren. Diese Spurwechselwarnung lässt ein Symbol aufleuchten, wenn sich neben dem Kraftfahrzeug ein weiteres Fahrzeug befindet, so dass der Spurwechsel nicht möglich ist. Unter den obigen Begriff der Kraftfahrzeugscheibe fallen beliebige Scheiben im Kraftfahrzeug. Insbesondere kann eine Kraftfahrzeugscheibe eine Frontscheibe, Heckscheibe, Seitenscheibe oder auch eine Dachscheibe sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist zumindest ein Beleuchtungsbauteil eine Ambiente-Innenraumbeleuchtung für das Kraftfahrzeug. Eine solche Ambiente-Innenraumbeleuchtung erzeugt ein vorbestimmtes Lichtszenario und in diesem Sinne ein vorbestimmtes Lichtambiente im Innenraum. In einer weiteren Variante ist zumindest ein Beleuchtungsbauteil in einem Scheinwerfer oder in einer Außenleuchte oder in einem Rückspiegel für das Kraftfahrzeug integriert.
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Neben der oben beschriebenen Beleuchtungseinrichtung betrifft die Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug, welches die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung bzw. eine oder mehrere bevorzugte Varianten dieser Beleuchtungseinrichtung umfasst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Beleuchtungsbauteils in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.
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1 zeigt schematisch den Aufbau eines Beleuchtungsbauteils 1. Das Beleuchtungsbauteil ist dabei in einem Kraftfahrzeug verbaut und kann je nach Ausgestaltung im Innenraum des Kraftfahrzeugs oder an der Außenseite des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Das Beleuchtungsbauteil 1 umfasst ein transparentes Substrat 2, dessen Oberseite 3 der vorgegebenen Substratseite im Sinne der Ansprüche entspricht. Das Substrat ist je nach Ausgestaltung z.B. aus transparentem Kunststoff oder aus Glas gefertigt. Auf der Oberseite 3 des Substrats 2 ist eine transmissive Leiterstruktur 4, 4' aufgebracht, welche einen hohen Transmissionsgrad von vorzugsweise über 90% aufweist. Diese Leiterstruktur ist in 1 zur Unterscheidung gegenüber dem Substrat schraffiert wiedergegeben. Im realen Bauteil ist diese Leiterstruktur nicht bzw. kaum vom durchsichtigen Substrat 2 zu unterscheiden. Die Leiterstruktur umfasst zwei L-förmige Leiterabschnitte 4, 4'. Zu deren Bestromung sind die hinteren Enden 401 bzw. 401' über einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden. Die vorderen Enden 402 bzw. 402' der L-förmigen Leiterabschnitte kontaktieren einen gehäuselosen LED-Chip 5, wie im Folgenden noch näher erläutert wird. Als Material für die Leiterstruktur können an sich bekannte Zusammensetzungen, wie z.B. Indiumzinnoxid (auch als „ITO“ bezeichnet), verwendet werden. Die Leiterstruktur wird als dünne Schicht z.B. über Sputtern aufgebracht.
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Der gehäuselose LED-Chip 5 stellt einen sogenannten Flip-Chip mit elektrischen Kontakten bzw. Kontakthügeln 7 und 7' auf seiner Unterseite dar. Auf der Oberseite des Chips befindet sich die Halbleiterstruktur, welche eine entsprechende LED 6 bildet. In dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst der Chip eine einzelne LED mit einer vorbestimmten Farbe. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass auf dem Chip mehrere LEDs mit verschiedenen Farben angeordnet sind. Insbesondere kann der LED-Chip auch eine RGB-LED-Chip zur Erzeugung von weißer Farbe sein. Die Kontakthügel 7 und 7' auf der Unterseite des gehäuselosen LED-Chips 5 sind mittels eines an sich bekannten elektrisch leitfähigen Klebers an den entsprechenden Enden 402 bzw. 402' der Leiterabschnitte 404 bzw. 404' befestigt. Auf diese Weise kann die LED 6 des LED-Chips 5 zu deren Aktivierung bestromt werden.
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Auf der Oberseite des oben beschriebenen Aufbaus befindet sich ferner eine transparente Schicht 8, durch welche die Leiterstruktur und der LED-Chip geschützt werden. In einer Variante handelt es sich bei der Schicht 8 um eine Harzüberzugsschicht, welche beispielsweise durch an sich bekanntes POR-Fluten aufgebracht werden kann. Ebenso kann die transparente Schicht 8 eine Glasschicht sein, die mittels eines auf die Substratoberseite 3 aufgebrachten Füllklebers mit dem Substrat 2 verbunden wird.
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Die Erfindung wurde lediglich beispielhaft anhand der schematischen Darstellung der 1 erläutert. In der Regel ist in dem Beleuchtungsbauteil 1 nicht ein einzelner LED-Chip 5, sondern eine Vielzahl dieser Chips verbaut. Die Abmessungen der LED-Chips sind dabei derart klein, dass sie für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. In der Regel ist die maximale Ausdehnung eines jeweiligen LED-Chips in Draufsicht auf die Substratoberseite 3 kleiner als 200 µm. Da neben dem Substrat 2 auch die Leiterstruktur 4, 4' und die Schicht 8 weitestgehend lichtdurchlässig sind, liegt bei nicht-aktivierten LED-Chips ein transparentes Bauteil vor, das an verschiedenen Stellen im Kraftfahrzeug verbaut werden kann.
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In einer bevorzugten Variante ist das Bauteil 1 ein transparenter Gangwahlhebel im Kraftfahrzeug, wobei in diesem Fall die Schicht 8 die für den Fahrer sichtbare Oberseite des Gangwahlhebels bildet. Im Besonderen kann dabei das Substrat 3 mit der Leiterstruktur 4, 4' und den LED-Chips 5 in eine transparente Umhüllung eingebettet sein, deren Form dem Knauf des Gangwahlhebels entspricht. In einer bevorzugten Variante werden dabei durch eine Vielzahl von LED-Chips verschiedene Buchstaben gebildet, welche verschiedene Schaltpositionen, wie z.B. D (Drive), N (Neutral) und R (Rückwärts), anzeigen. Darüber hinaus sind neben den einzelnen Buchstaben weitere Leuchtelemente in der Form einer oder mehrerer LED-Chips vorhanden, durch deren jeweilige Aktivierung der gerade gewählte Gang angezeigt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Bauteils der 1 sind neben den LED-Chips weitere Lichtelemente an einer oder mehreren Kanten des Substrats vorhanden. Mit diesen Lichtelementen wird Licht in das Substrat eingestrahlt, wodurch eine Hintergrundbeleuchtung des entsprechenden Bauteils erreicht wird. Die seitlich einstrahlenden Lichtelemente sind vorzugsweise wiederum LEDs. Sie müssen jedoch nicht als gehäuselose LED-Chips ausgestaltet sein, sondern es kann sich hierbei auch um LED-Einheiten mit Gehäuse handeln.
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Darüber hinaus besteht ggf. auch die Möglichkeit, dass das Substrat 2 nicht als ebene Schicht ausgebildet ist, sondern eine dreidimensionale Formgebung mit Biegungen aufweist. Hierdurch kann das Beleuchtungsbauteil sehr gut an verschiedenen Stellen im Kraftfahrzeug verbaut werden und z.B. auch Bestandteil der Innenraumverkleidung des Kraftfahrzeugs sein. Wie bereits erwähnt, kann das Beleuchtungsbauteil jedoch auch an der Außenseite des Kraftfahrzeugs verbaut sein, z.B. innerhalb eines Scheinwerfers oder einer Leuchte des Kraftfahrzeugs. Mittels den einzelnen LED-Chips des Beleuchtungsbauteils müssen ferner nicht zwangsläufig Informationen vermittelt werden, sondern die LED-Chips können auch rein zu Dekorzwecken, z.B. innerhalb einer Dekorleiste, vorgesehen sein.
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Die im Vorangegangen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird eine Beleuchtungseinrichtung geschaffen, welche in einem transparenten Bauteil integriert ist und im nicht-aktivierten Zustand nicht erkennbar ist. Dies wird dadurch gewährleistet, dass in der Beleuchtungseinrichtung gehäuselose LED-Chips verwendet werden. Die Abmessungen solcher gehäuseloser LED-Chips sind dabei derart klein, dass sie für das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Bei Aktivierung der Beleuchtungseinrichtung, z.B. beim Anschalten der Zündung im Kraftfahrzeug, fängt das transparente Bauteil zu leuchten an, wodurch ein sehr ansprechender Effekt erzeugt wird. Über die einzelnen LED-Chips in dem Bauteil können dabei verschiedene Funktionalitäten realisiert werden. In dem oben beschriebenen Anwendungsfall eines Gangwahlhebels bilden die LED-Chips eine Such- und Funktionsbeleuchtung. Die Suchbeleuchtung vermittelt über die Anzeige von Buchstaben die vorhandenen Gänge, wohingegen die Funktionsbeleuchtung anzeigt, welcher Gang gerade eingelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beleuchtungsbauteil
- 2
- Substrat
- 3
- Substratoberseite
- 4,4'
- Leiterabschnitte
- 401, 402, 401', 402'
- Enden der Leiterabschnitte
- 5
- gehäuseloser LED-Chip
- 6
- LED
- 7, 7'
- elektrische Kontakte
- 8
- transparente Schicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0275599 A1 [0004]
- DE 202007008410 U1 [0004]
