DE202004016931U1 - Solid state vehicle light used internally or externally, has light source constructed as series-connected chip-on-board light-emitting diode devices - Google Patents

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Abstract

The light source (3) comprises a number of COB-LED (chip on board-light emitting diode) chips. These are arranged on a common circuit board (5) and are connected in series.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte, insbesondere eine Innenleuchte, Blinkleuchte oder eine Bremsleuchte, mit mindestens einer Lichtquelle.The The present invention relates to a motor vehicle lamp, in particular an interior light, flashing light or stop light, with at least one Light source.

Bei Kraftfahrzeugleuchten mit stabförmigem Lichtleiter ist es nur schwer möglich, das Licht vieler einzelner LEDs effektiv in den Stab einzukoppeln. Um aber trotzdem eine ausreichende Lichtmenge zur Verfügung zu haben, müssen "Hochleistung-LEDs" verwendet werden. Diese LEDs werden mit Strömen von mehreren hundert Milli- Ampere betrieben. Die Spannung an der LED liegt dabei im Bereich zwischen 2–4V. Die Nennspannung bei Kraftfahrzeugen liegt aber bei 13,5V.at Motor vehicle lights with rod-shaped light guide it is difficult to effectively couple the light from many individual LEDs into the bar. Around but still a sufficient amount of light available have "high-power LEDs" must be used. These LEDs are powered by currents several hundred milliamps operated. The voltage at the LED is in the range between 2-4V. The rated voltage for motor vehicles is 13.5V.

Um den LED-Strom zu begrenzen, wird deshalb ein Vorwiderstand verwendet, der die überschüssige Energie in Wärme umwandelt. Wird ein Vorwiderstand auch bei Hochleistung-LEDs eingesetzt, dann wird diese Energie aufgrund des hohen Stromes extrem hoch: mit U=13,5V, ULED=2,5V folgt UR=U–ULED=13,5V–2,5V = 11V. Bei einem angenommenen LED-Strom von ILED=0,5A ergibt sich eine Verlustleistung am Widerstand von PR=UR*ILED = 11V*0,5A= 5,5W. Bei der in der Automobilindustrie üblichen Maximalspannung von 16V ergibt sich daraus eine Verlustleistung von über 8W. Dabei ist auch noch die hohe geforderte Umgebungstemperatur von z.B. 85°C zu beachten. Diese hohe Verlustleistung muss also nun durch einen oder mehrere Widerstände in Wärme umgewandelt werden. Dabei werden diese jedoch extrem heiß, was z.B. ein Schmelzen des Kunststoffgehäuses zur Folge haben kann. Deshalb müssen wiederum temperaturfestere Materialen eingesetzt werden. Um die Widerstände im Gehäuse unterbringen zu können, ist dann auch z.B. eine große Leiterplatte notwendig, was die Systemkosten ebenfalls nach oben treibt. Die LEDs reagieren empfindlich auf hohe Temperaturen und werden dann entsprechend dunkler. Deshalb muss vermieden werden, dass die Wärme der Vorwiderstände auf die LEDs übertragen wird, was einen erhöhten Konstruktionsaufwand bedeutet. Zusätzlich wird der elektrische Wirkungsgrad der Kraftfahrzeugleuchte extrem verschlechtert, da nur ca. 1 W an der LED in Licht und ca. 5W am Widerstand in Wärme umgewandelt werden. Dieser erhöhte Energieverbrauch hat dann wiederum einen erhöhten Kraftstoffverbrauch des Fahrzeuges zur Folge.To limit the LED current, therefore, a series resistor is used, which converts the excess energy into heat. A resistor is used in high-power LEDs, this energy is extremely high due to the high current: follows with U = 13.5 V, U LED = 2.5V U R = U-U LED = 13.5V-2.5V = 11V. Assuming an LED current of I LED = 0.5A, the power dissipation at the resistor is P R = U R * I LED = 11V * 0.5A = 5.5W. At the usual maximum voltage of 16V in the automotive industry this results in a power loss of more than 8W. In addition, the high required ambient temperature of eg 85 ° C must be taken into account. This high power loss must now be converted by one or more resistors into heat. However, these become extremely hot, which can result in a melting of the plastic housing, for example. Therefore, turn temperature-resistant materials must be used. In order to accommodate the resistors in the housing, then, for example, a large circuit board is necessary, which also drives the system costs upwards. The LEDs are sensitive to high temperatures and then darken accordingly. Therefore, it must be avoided that the heat of the series resistors is transmitted to the LEDs, which means an increased design effort. In addition, the electrical efficiency of the automotive lamp is extremely deteriorated because only about 1 W at the LED in light and about 5W at the resistor are converted into heat. This increased energy consumption then in turn results in increased fuel consumption of the vehicle.

Alternativ zu einem Vorwiderstand kann auch eine getaktete Ansteuerung mit z.B. einem DC/DC-Wandler eingesetzt werden. Dabei wird der Wirkungsgrad zwar deutlich verbessert, diese Module benötigen aber eine zusätzliche Leiterplatte und sind sehr teuer. Außerdem können elektrische Störimpulse auftreten, die dann zu Problemen im Fahrzeug führen können.alternative To a series resistor can also be a clocked control with e.g. a DC / DC converter can be used. This is the efficiency Although significantly improved, these modules require an additional PCB and are very expensive. In addition, electrical interference pulses occur, which can then lead to problems in the vehicle.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Kraftfahrzeugleuchte der eingangs genannten Art die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen.In contrast, is it is the object of the present invention, in a motor vehicle light of the type mentioned above to eliminate the identified disadvantages.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die bzw. jede Lichtquelle durch mehrere COB-LED-Chips gebildet ist, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet und miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.These Task is inventively characterized solved, that the or each light source is formed by a plurality of COB LED chips is that arranged on a common circuit board and with each other are electrically connected in series.

Bei der bereits bekannten Chip-On-Board-Technik (COB) wird der LED-Chip direkt auf eine geeignete Leiterplatte aufgeklebt und mit Bonddrähten elektrisch mit der Leiterplatte verbunden. Um eine gute Wärmeabfuhr zu erreichen, wird der Chip vorzugsweise auf einer Aluminium(Al)-Leiterplatte befestigt. Um einen besseren optischen Wirkungsgrad zu erreichen, kann ein kegelstumpfförmiger Reflektor in die Al-Leiterplatte gefräst werden. Darin wird dann der Chip angeordnet und dann mit einem Silikon-Verguss geschützt.at the already known chip-on-board technology (COB) becomes the LED chip glued directly onto a suitable printed circuit board and electrically with bonding wires connected to the circuit board. To achieve a good heat dissipation is the chip is preferably mounted on an aluminum (Al) printed circuit board. To achieve a better optical efficiency, a frustoconical Reflector to be milled in the Al circuit board. In it then becomes the chip arranged and then protected with a silicone potting.

Um nun die oben genannten Nachteile zu vermeiden, werden erfindungsgemäß in einen solchen Reflektor mehrere COB-LED-Chips angeordnet. Da dann mehrere Chips Licht erzeugen, kann dabei auf kleinere und deshalb auch preiswertere Chips zurückgegriffen werden. Diese LED-Chips sind über die Bonddrähte so verbunden, dass sich eine elektrische Reihenschaltung ergibt.Around Now to avoid the above-mentioned disadvantages are inventively in a such reflector arranged several COB LED chips. Since then several Chips can generate light, can on smaller and therefore cheaper chips resorted become. These LED chips are over the bonding wires connected so that there is an electrical series connection.

Optisch gesehen handelt es sich dann um eine einzige Lichtquelle, deren Licht z.B. in einen Lichtleiter eingespeist wird, elektrisch ergibt sich aber eine Reihenschaltung von mehreren LEDs. Dadurch ergibt sich eine wesentlich verringerte Verlustleistung am Vorwiderstand. Bei vier COB-LEDs mit je einer LED beträgt die Spannung pro LED auch hier ULED=2,5V, und mit U=13,5V folgt UR=U–4*ULED= 13,5V–4*2,5V=3,5V. Der LED-Strom kann aufgrund der vier COB-LEDs auf 114, also auf ILED=0,125A bei gleicher Helligkeit reduziert werden. Daraus ergibt sich am Vorwiderstand eine Verlustleistung von PR=UR*ILED= 3,5V*0,125A=0,44W. Die Verlustleistung beträgt also nur noch ca. 8% der Verlustleistung bei einer Hochleistung-LED. Diese ca. 0,5W können problemlos mit einem Widerstand in Wärme umgewandelt werden. Zu berücksichtigen ist dabei jedoch noch, dass der optische Wirkungsgrad durch die höhere Chip-Anzahl etwas reduziert wird, da sich die einzelnen Chips gegenseitig abschatten. Dieser Effekt kann jedoch durch geschickte Anordnung der Chips im Reflektor reduziert werden. Die Verlustleistung in der LED ist in beiden Fällen gleich, nämlich bei einer Hochleistung-LED 2,5V*0,5A=1,25W und bei vier COB-LEDs 4*2,5*0,125=1,25W.Seen optically, it is then a single light source, the light of which is fed, for example, into a light guide, but electrically results in a series connection of several LEDs. This results in a significantly reduced power loss on the series resistor. With four COB LEDs with one LED each, the voltage per LED is also U LED = 2.5V, and with U = 13.5V follows U R = U-4 * U LED = 13.5V-4 * 2.5V = 3.5V. Due to the four COB LEDs, the LED current can be reduced to 114, ie to I LED = 0.125A with the same brightness. This results in a power loss of P R = U R * I LED = 3.5 V * 0.125 A = 0.44 W at the series resistor. The power loss is therefore only about 8% of the power loss in a high-power LED. These approximately 0.5W can easily be converted to heat with a resistor. However, it should be considered that the optical efficiency is somewhat reduced by the higher number of chips, since the individual chips shadow each other. However, this effect can be reduced by clever arrangement of the chips in the reflector. The power dissipation in the LED is the same in both cases, namely 2.5V * 0.5A = 1.25W for a high power LED and 4 * 2.5 * 0.125 = 1.25W for four COB LEDs.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die Möglichkeit, die Abstrahlcharakteristik der COB-LEDs durch die Form des Reflektors in der Al-Leiterplatte sowie durch die Form und Größe des Silikon-Vergusses den Erfordernissen anzupassen. Man ist also nicht auf die durch den LED-Hersteller vorgegebenen Eigenschaften angewiesen.Further Advantages result from the possibility of the radiation characteristic the COB LEDs by the shape of the reflector in the Al circuit board as well by the shape and size of the silicone potting to adapt to the requirements. So you're not up to that instructed the LED manufacturer given properties.

Die Vorteile der COB-Technik ergeben sich immer dann, wenn eine geringe LED-Anzahl gefordert ist.The Advantages of COB technology always arise when a low LED number required is.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugleuchte einen Lichtleiter auf, in den das Licht der Lichtquelle eingekoppelt und an einer Austrittsfläche wieder ausgekoppelt wird.Preferably has the motor vehicle lamp according to the invention a light guide into which the light of the light source coupled and at an exit surface is decoupled again.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further Advantages of the invention will become apparent from the description and the Drawing. Likewise the above-mentioned and the features further mentioned ever for to use one or more in any combination. The shown and described embodiments are not as final enumeration but rather have exemplary character for the description the invention.

Es zeigen:It demonstrate:

1 die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugleuchte mit einer stirnseitig vor einem Lichtleiter angeordneten Lichtquelle; 1 the motor vehicle lamp according to the invention with a light source arranged frontally before a light source;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle; und 2 a first embodiment of the in 1 shown light source; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle. 3 a second embodiment of in 1 shown light source.

Die in 1 gezeigte Kraftfahrzeugleuchte 1 ist eine so genannte hochgesetzte Bremsleuchte, die als dritte Bremsleuchte mittig am Heck oder an der Heckscheibe eines Fahrzeugs befestigt ist. Die Kraftfahrzeugleuchte 1 weist einen Lichtleiter 2 auf, in den das Licht einer Lichtquelle 3 stirnseitig eingekoppelt und auf seiner Länge an einer mantelseitigen Austrittsfläche (nicht gezeigt) wieder ausgekoppelt wird.In the 1 shown motor vehicle light 1 is a so-called high-mounted brake light, which is mounted as a third brake light in the middle of the rear or on the rear window of a vehicle. The motor vehicle light 1 has a light guide 2 on, in which the light of a light source 3 coupled on the front side and on its length on a shell-side outlet surface (not shown) is coupled out again.

Die Lichtquelle 3 umfasst zwei quadratische COB-LED-Chips 4 mit je einer LED, die direkt auf einer Aluminium(Al)-Leiterplatte 5 befestigt und mit Bonddrähten 6 elektrisch mit der Leiterplatte 5 verbunden. Um einen besseren optischen Wirkungsgrad zu erreichen, ist ein kegelstumpfförmiger Reflektor 7 in die Leiterplatte 5 gefräst. Auf der Bodenfläche des Reflektors 7 sind die beiden COB-LED-Chips 4 angeordnet und mit einem Silikon-Verguss 8 geschützt.The light source 3 includes two square COB LED chips 4 with one LED each, directly on an aluminum (al) circuit board 5 attached and with bonding wires 6 electrically with the circuit board 5 connected. To achieve better optical efficiency, is a frusto-conical reflector 7 in the circuit board 5 milled. On the bottom surface of the reflector 7 are the two COB-LED chips 4 arranged and with a silicone potting 8th protected.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle 3, bei der die beiden COB-LED-Chips 4 mit ihren einander zugewandten Kanten parallel zueinander angeordnet sind. Die COB-LED-Chips 4 sind über Bonddrähte 9 mit Kupfer(Cu)-Leiterbahnen 10 der Leiterplatte verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet, wobei die Leiterbahn 10a an + und die Leiterbahn 10c an – angeschlossen sind und die Leiterbahn 10b die beiden COB-LED-Chips 4 miteinander verbindet. Die zur Reflektormitte abgestrahlten Lichtstrahlen der LED des einen COB-LED-Chips 4 werden allerdings jeweils vom anderen COB-LED-Chip 4 teilweise absorbiert. 2 shows a first embodiment of the in 1 shown light source 3 in which the two COB LED chips 4 are arranged with their mutually facing edges parallel to each other. The COB LED chips 4 are over bonding wires 9 with copper (Cu) conductor tracks 10 connected to the circuit board and electrically connected in series, wherein the conductor track 10a to + and the track 10c connected to - and the conductor track 10b the two COB LED chips 4 connects with each other. The emitted to the reflector center light beams of the LED of a COB LED chip 4 However, each of the other COB LED chip 4 partially absorbed.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der in 1 gezeigten Lichtquelle 3, bei der die beiden COB-LED-Chips 4 einander jeweils mit einer Ecke zugewandt sind, also gegenüber 2 jeweils um 45° verdreht sind. Durch diese Ausrichtung ist die gegenseitige Abschattung der LEDs der COB-LED-Chips 4 deutlich reduziert, und es kann gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 2 hierdurch eine Helligkeitssteigerung von ca. 20% erreicht werden. 3 shows a second embodiment of the in 1 shown light source 3 in which the two COB LED chips 4 each facing each other with a corner, ie opposite 2 each rotated by 45 °. This alignment is the mutual shading of the LEDs of the COB LED chips 4 significantly reduced, and it can be compared to the embodiment of the 2 As a result, an increase in brightness of about 20% can be achieved.

Claims (7)

Kraftfahrzeugleuchte (1), insbesondere Innenleuchte, Blinkleuchte oder Bremsleuchte, mit mindestens einer Lichtquelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass die bzw. jede Lichtquelle (3) durch mehrere COB-LED-Chips (4) gebildet ist, die auf einer gemeinsamen Leiterplatte (5) angeordnet und miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.Motor vehicle light ( 1 ), in particular interior light, flashing light or stop lamp, with at least one light source ( 3 ), characterized in that the or each light source ( 3 ) by several COB LED chips ( 4 ) formed on a common printed circuit board ( 5 ) are arranged and electrically connected in series with each other. Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (5) einen kegelstumpfförmigen Reflektor (7) aufweist, auf dessen Bodenfläche die COB-LED-Chips (4) angeordnet sind.Motor vehicle light according to claim 1, characterized in that the printed circuit board ( 5 ) a frusto-conical reflector ( 7 ), on the bottom surface of which the COB-LED chips ( 4 ) are arranged. Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die COB-LED-Chips (4) mit einer Silikonschicht (8) überzogen sind.Motor vehicle lamp according to claim 1 or 2, characterized in that the COB LED chips ( 4 ) with a silicone layer ( 8th ) are coated. Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die COB-LED-Chips (4) zueinander derart angeordnet sind, dass ihre gegenseitige Abschattung reduziert ist.Motor vehicle light according to one of the preceding claims, characterized in that the COB LED chips ( 4 ) are arranged to each other such that their mutual shading is reduced. Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei COB-LED-Chips (4) jeweils mit parallel zueinander verlaufenden Kanten einander gegenüberliegen.Motor vehicle light according to claim 4, characterized in that two COB LED chips ( 4 ) lie opposite each other with mutually parallel edges. Kraftfahrzeugleuchte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei COB-LED-Chips (4) jeweils mit einer Ecke einander gegenüberliegen.Motor vehicle light according to claim 4, characterized in that two COB LED chips ( 4 ) each with a corner opposite each other. Kraftfahrzeugleuchte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Lichtleiter (2), in den das Licht der Lichtquelle (3) eingekoppelt und an einer Austrittsfläche ausgekoppelt wird.Motor vehicle light according to one of the before Going claims, characterized by a light guide ( 2 ) into which the light of the light source ( 3 ) is coupled and coupled out at an exit surface.
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