EP2965358B1 - Led-modul und beleuchtungsanordnung mit entsprechendem modul - Google Patents

Led-modul und beleuchtungsanordnung mit entsprechendem modul Download PDF

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EP2965358B1
EP2965358B1 EP14708246.5A EP14708246A EP2965358B1 EP 2965358 B1 EP2965358 B1 EP 2965358B1 EP 14708246 A EP14708246 A EP 14708246A EP 2965358 B1 EP2965358 B1 EP 2965358B1
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EP
European Patent Office
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leds
led
carrier
led module
arrangement
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Stephan Ebner
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Zumtobel Lighting GmbH Austria
Original Assignee
Zumtobel Lighting GmbH Austria
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Publication date
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/10—Arrangement of heat-generating components to reduce thermal damage, e.g. by distancing heat-generating components from other components to be protected
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/40—Details of LED load circuits
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2105/00—Planar light sources
    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y2105/10—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements
    • F21Y2105/12—Planar light sources comprising a two-dimensional array of point-like light-generating elements characterised by the geometrical disposition of the light-generating elements, e.g. arranging light-generating elements in differing patterns or densities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an LED module according to the preamble of claim 1, which consists of an arrangement of electronically interconnected LEDs and a support for the LEDs, and an arrangement for emitting light with such an LED module.
  • Basis for the present invention is the currently common interconnection of LEDs on boards to series and parallel circuits.
  • a parallel connection of an arbitrary number of LED series circuits is selected here.
  • carrier boards are considered in the present case, which are flat and on which the LEDs are arranged in a uniform grid.
  • Such an arrangement is currently used to operate LEDs with low power consumption efficiently on common high-voltage converters.
  • the same number of LEDs is interconnected within such interconnections in all parallel series circuits or strings.
  • LED modules which are provided for illumination purposes and configured in the manner described above, in operation a considerable heat is generated by the LEDs, which should be dissipated efficiently to reduce the thermal load of the LEDs or in a designated temperature range to keep and thus extend their life.
  • metal core boards are used, which are optionally coupled with corresponding heat sinks, through which then the heat can be dissipated.
  • the thermal load of the carrier and in particular the LEDs arranged thereon vary in size.
  • the heat is dissipated over the edge regions or end regions of a mainly elongate LED board much more effective than over the central or central region. Due to this imbalance, the LEDs from the central area must be cooled better or the cooling measures must be designed more effective, which entails a higher cost.
  • each LED beach is here separately connected to a corresponding output of a driver and is individually supplied with a corresponding power.
  • the present invention has the object to distribute the thermal load for LEDs on a board evenly without disturbing the uniform arrangement of the LEDs or to make the cooling in the center more efficient.
  • an LED module which has an arrangement of electronically interconnected LEDs in parallel circuits of series circuits of the LEDs and a carrier or a circuit board, which is provided as a support structure for the LEDs, wherein the parallel circuit is chosen such that in that the arrangement of the LEDs has a uniform grid, wherein the number of LEDs of a series circuit from the outer region of the carrier is smaller than the number of LEDs of one Series connection from the inner region and wherein in operation, the LEDs of the series circuit from an outer region of the carrier each subject to a stronger current load than the LEDs of the series circuit from an inner region ,.
  • the design of the LED interconnection according to the invention which compensates for the imbalance in the thermal load present in LED modules of the prior art, can be realized in different ways.
  • the asymmetrical interconnection is characterized in that the number of LEDs in a strand located in the edge region of the carrier or the printed circuit board is reduced compared to the number of LEDs in one strand from the central region. This means that more series circuits are found in the edge area of the board than in the center or in the central area of the board, although the arrangement of the LEDs as a whole is uniform or homogeneous. The difference in the number of LEDs of the individual strands has the consequence that The LEDs in the center or in the middle area are now subject to a lower current load and thus produce less heat.
  • a further useful effect can lie in a targeted amplification of luminous flux at the edge region of the LED modules. This can lead to a higher homogeneity of the luminances on a light exit surface, in particular in the case of a planar arrangement of a multiplicity of LED modules according to the invention combined with diffuse optical systems.
  • a sketch of an LED module 1 according to the invention is shown according to the first embodiment, consisting of an elongate planar support or a circuit board 2 and arranged thereon in a uniform grid LEDs 3, which are connected via electrically conductive connections 4 to a parallel circuit of eleven series circuits 6.
  • the uniform grid of five rows 5, each with nine LEDs 3 is formed.
  • all the LEDs 3 are preferably substantially identical in at least their forward voltage, more preferably identical in all their properties, with respect to the forward voltage being understood to mean that the deviations from each other should be as low as possible below 0.1V.
  • the interconnection of the LEDs 3 is carried out in such a way that the number of LEDs 3 per series circuit 6 in the central or middle row on the carrier 2 is greatest and that this number is smaller, the farther an observed row 5 from the center or center axis is removed.
  • This is particularly evident in this embodiment in that - counted from above - the first row 5 three series circuits 6, each with three LEDs 3, the second row 5 two series circuits 6 each with five or four LEDs 3 and the third row, the at the same time is the most central, a series circuit 6 with nine LEDs 3 has.
  • An immediately resulting consequence therefore consists in that, in the case of an interconnection according to this first exemplary embodiment, basically more series circuits 6 or LED strands 6 are required than ultimately LED rows 5 are arranged on the carrier 2.
  • a voltage provided by an operating device (not shown) is applied between the common end points 7 and 8 of all the electrically conductive connections 4. Since all series circuits 6 are supplied with the same voltage during operation, the LEDs 3 are in the series circuits 6 in the edge region of the carrier 2 due to their smaller number per series circuit 6 individually under increased voltage load and thus increased power load. Thus, the focal points of the current load of all LEDs 3 are outsourced to the outer regions of the carrier 2. This has the desired effect that now also the focus of heat generation outsourced to the outer regions of the carrier 2 and so the central regions of the carrier 2 are thermally relieved.
  • Fig. 1 serves primarily to the basic representation of the inventive concept, namely to use LED strands, each with different numbers of LEDs. In reality, the numbers of LEDs will differ less than this Fig. 1 is shown. For example, a concrete embodiment would be conceivable in which three LED strands are provided, wherein the middle Stang consists of 21 LEDs and the two outer strands each have 18 LEDs.
  • an LED string it would also be conceivable for an LED string to extend over several rows of the LED board in order to achieve a uniform grid arrangement of LEDs.
  • the last LEDs of the middle strand e.g. the last LEDs of the middle strand (with 21 LEDs) are arranged in the outer rows, so that a uniform LED grid with 3 x 19 LEDs results.
  • heat is primarily generated in the side areas in order to achieve the desired goal of uniform thermal stress.
  • Fig.2 is shown as an arrangement 11 for cooling such an LED module 1 according to the invention, as shown in FIG Fig. 1 is shown is possible.
  • the LED module 1 is fastened, for example, on its underside on a heat sink 12 or coupled thereto, wherein the means for fastening in Fig. 2 are not visible.
  • the LED module 1 is thermally evenly utilized during operation even without cooling measures due to the inventive design, with the result that the heat sink 12 no further or more specific cooling mechanisms below the center of the LED module. 1 in the arrangement 11 as required at the edge of the heat sink 12. That is, the equalization of the thermal load according to the invention is achieved solely by the design of the LED module 1, so that the use of the heat sink 12, the thermal load can be further reduced overall without the heat sink would have to be formed in any particular way.
  • Fig. 3 is a cross-sectional diagram of an arrangement 15 for light emission, consisting of inventive LED module 1 in operation and an optical diffuser plate 18 shown.
  • the LED module 1 and the diffuser plate 18 are arranged substantially parallel to each other at a certain distance.
  • the LEDs 3 in the edge region of the carrier 2 emit more light than the LEDs 3 in the central region due to the higher current load, with the result that the radiation density 16 at the edge is greater than the radiation density 17 in the center ,
  • the diffuser plate can now be designed to homogenize or evenify the light of the LED module 1 in the emission direction, which is characterized by the uniform radiation density 19.
  • the LEDs 3 may even be advantageous for the LEDs 3 to emit more light in an edge region of the carrier 2 than the LEDs 3 in the central region.
  • a plurality of LED modules 1 are arranged next to one another on a preferably planar surface in combination with an optical diffuser plate 18, preferably according to FIG Fig.
  • the distance of the LED modules 1 with each other is greater than the distance between the LED rows with each other on a module, which would mean that - provided - same light emission of all LEDs 3, the areas between the LED modules 1 appeared less bright
  • This effect is now automatically compensated by means of the LED modules 1 according to the invention in that the LEDs 3 in the edge regions of the respective LED modules 1 shine brighter due to the higher current load, resulting in a total of significantly more homogeneous appearance of the brightness distribution leads.
  • the optical diffuser plate 18 then additionally provides for a better homogenization.
  • Fig. 4 is a sketch of a non-inventive LED module 22 according to a second embodiment, analogous to the LED module 1 according to variant one off Fig. 1 , shown.
  • One of the major differences between the LED module 1 of Fig. 1 and the LED module 22 of Fig. 4 consists in the fact that in the LED module 22 different LEDs are used, which differ in their forward voltage. LEDs with different forward voltages are identified by numbers 24, 26 and 28, with identical numbers representing identical forward voltages. However, each LED row 25, 27 or 29 preferably only has LEDs with identical forward voltages, ie, within a row, the deviations in the forward voltages are already below 0.1V as we mentioned earlier. The differences in the forward voltages between the various LED rows 25, 27, 29, however, should preferably be at least 0.1V.
  • the second major difference is that in the module of Fig. 4 Each series circuit has the same number of LEDs. As a result, the number of LED rows coincides with the number of series circuits. Furthermore, the electrical connection is no longer asymmetrical, as in the LED module 1 of Fig. 1 the case was.
  • the complete arrangement of the LEDs and electrical connections on the carrier 23 is conveniently placed axially symmetrically about the LED array 29 so as not to cause asymmetry in the thermal loading of the carrier 23 during operation, even if the total thermal load of the carrier were not uniform.
  • the carrier 23 from Fig. 4 and the carrier 2 off Fig. 1 do not necessarily have to be different.
  • the forward voltages of the LEDs 24 in the outer row 25 are selected to be smaller than the forward voltages of the LEDs 26 in row 27.
  • the forward voltages of the LEDs 26 in row 27 are to be selected to be smaller than the forward voltages of the LEDs
  • AchsenLiteung all properties on the series 29 are selected to be smaller than the forward voltages of the LEDs
  • LEDs of different forward voltage are made possible for example by taking LEDs of the identical type, which nevertheless have different forward voltages during production.
  • LEDs of the identical type which nevertheless have different forward voltages during production.
  • the use of completely different types of LEDs is possible.
  • the two ideas for a better distribution of the thermal load can also be combined with one another. In this case, then different LEDs are used on the module and the lengths of the LED series circuits varies.
  • FIG. 4 illustrated LED module in an analogous manner as the module according to FIG. 1 be combined with heat sinks or optical elements.
  • the LED module 1 can be easily replaced by the LED module 22.
  • an LED module according to the invention it is possible to save costs that arise through the use of cooling measures. Further, by optimizing the distribution of the thermal stress, the life of LEDs can be extended and more homogeneous appearances can be obtained with respect to the light output inside and / or outside of lighting devices containing an LED module according to the invention.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein LED-Modul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches aus einer Anordnung elektronisch verschalteter LEDs und einem Träger für die LEDs besteht, sowie eine Anordnung zur Lichtabgabe mit einem derartigen LED-Modul.
  • Grundlage für die vorliegende Erfindung ist die momentan gängige Verschaltung von LEDs auf Platinen zu Serien- und Parallelschaltungen. Vorzugsweise wird hierbei eine Parallelschaltung einer beliebigen Anzahl an LED-Serienschaltungen gewählt. Insbesondere werden im vorliegenden Fall Trägerplatinen betrachtet, die eben sind und auf denen die LEDs in einem gleichmäßigen Raster angeordnet sind. Eine derartige Anordnung wird derzeit genutzt um LEDs mit geringem Strombedarf effizient an gängigen Hochvoltkonvertern zu betreiben. Normalerweise wird dabei innerhalb solcher Verschaltungen in allen parallelen Serienschaltungen bzw. Strängen die gleiche Anzahl an LEDs verschaltet.
  • Bei LED-Modulen, die zu Beleuchtungszwecken vorgesehen und in der oben beschriebenen Weise ausgestaltet sind, wird im Betrieb von den LEDs eine nicht unbeträchtliche Wärme erzeugt, welche effizient abgeführt werden sollte, um die thermische Belastung der LEDs zu reduzieren bzw. in einem vorgesehenen Temperaturbereich zu halten und damit deren Lebensdauer zu verlängern. Beispielsweise kommen deshalb Metallkernplatinen zum Einsatz, welche gegebenenfalls mit entsprechenden Kühlkörpern gekoppelt sind, über welche dann die Wärme abgeführt werden kann.
  • Allerdings ist selbst bei Anwendung dieser Maßnahmen zur Wärmeabfuhr die thermische Belastung des Trägers und insbesondere der darauf angeordneten LEDs unterschiedlich groß. Bei einer üblicherweise vorgesehenen gleichmäßigen äquidistanten Anordnung der LEDs auf einer Platine wird in der Regel über die Randbereiche bzw. Stirnbereiche einer vor allem länglichen LED-Platine deutlich effektiver die Wärme abgeführt als über den zentralen bzw. mittleren Bereich. Aufgrund dieses Ungleichgewichts müssen die LEDs aus dem zentralen Bereich besser gekühlt werden bzw. die Kühlmaßnahmen müssen effektiver ausgelegt sein, was einen höheren Aufwand nach sich zieht.
  • In der JP 2012043700 wird deshalb vorgeschlagen, LED-Stränge, die nebeneinander entlang einer Platine verlaufen, mit unterschiedlichen Strömen zu betreiben, wodurch ein Ungleichgewicht in der thermischen Belastung vermieden werden soll. Jeder LED-Strand ist hierbei separat an einen entsprechenden Ausgang eines Treibers angeschlossen und wird individuell mit einem entsprechenden Strom versorgt.
  • Ausgehen von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die thermische Belastung für LEDs auf einer Platine gleichmäßiger zu verteilen ohne die gleichmäßige Anordnung der LEDs zu stören oder die Kühlung im Zentrum effizienter gestalten zu müssen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Gegenständen gelöst. Besondere Ausführungen oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist also ein LED-Modul vorgesehen, welches eine Anordnung elektronisch verschalteter LEDs in Parallelschaltungen von Serienschaltungen der LEDs und einen Träger bzw. eine Platine, der bzw. die als Tragstruktur für die LEDs vorgesehen ist, aufweist, wobei die Parallelschaltung so gewählt ist, dass die durch den Betrieb der LEDs verursachte thermische Belastung im Wesentlichen gleichmäßig über den Träger verteilt ist, wobei die Anordnung der LEDs ein gleichmäßiges Raster aufweist, wobei die Anzahl der LEDs einer Serienschaltung aus dem äußeren Bereich des Trägers kleiner ist als die Anzahl der LEDs einer Serienschaltung aus dem inneren Bereich und wobei bei Betrieb die LEDs der Serienschaltung aus einem äußeren Bereich des Trägers jeweils einer stärkeren Stromlast unterliegen als die LEDs der Serienschaltung aus einem inneren Bereich,.
  • Die erfindungsgemäße Auslegung der LED-Verschaltung, durch welche das bei LED-Modulen aus dem Stand der Technik vorliegende Ungleichgewicht in der thermischen Belastung ausgeglichen wird, kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden.
  • Die asymmetrische Verschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von LEDs in einem Strang, der sich im Randbereich des Trägers bzw. der Platine befindet gegenüber der Anzahl von LEDs in einem Strang aus dem zentralen Bereich reduziert ist. Dies bedeutet, dass man im Randbereich der Platine mehr Serienschaltungen vorfindet als im Zentrum bzw. im zentralen Bereich der Platine, obwohl die Anordnung der LEDs insgesamt gesehen gleichmäßig bzw. homogen ist. Der Unterschied in der Anzahl der LEDs der einzelnen Stränge hat ferner zur Folge, dass die LEDs im Zentrum bzw. im mittleren Bereich nun einer geringeren Stromlast unterliegen und damit weniger Wärme produzieren. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Wärme im mittleren bzw. zentraleren Bereich des Moduls weniger effektiv an die Umgebung oder mit dem Modul gekoppelte Kühlelemente abgeführt werden kann, so dass letztendlich insgesamt gesehen eine deutlich gleichmäßigere thermische Belastung über Fläche hinweg gesehen vorliegt. Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel alle LEDs auf der Platine im Wesentlichen identisch.
  • Ferner kann ein weiterer nutzbarer Effekt in einer gezielten Verstärkung von Lichtströmen am Randbereich der LED-Module liegen. Dies kann insbesondere bei einer flächigen Anordnung einer Vielzahl von erfindungsgemäßen LED-Modulen kombiniert mit diffusen optischen Systemen zu einer höheren Homogenität der Leuchtdichten auf einer Lichtaustrittsfläche führen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig.1
    eine Skizze eines erfindungsgemäßen LED-Moduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
    Fig.2
    eine perspektivische Skizze des LED-Moduls von Fig. 1 gekoppelt an einen Kühlkörper;
    Fig.3
    eine Querschnittskizze einer Anordnung zur Lichtabgabe bestehend aus dem LED-Modul und einer optischen Diffusor-Platte und
    Fig.4
    eine Skizze des LED-Moduls gemäß einer nicht beanspruchten Variante.
  • In Fig.1 ist eine Skizze eines erfindungsgemäßen LED-Moduls 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, bestehend aus einem länglichen ebenen Träger bzw. einer Platine 2 und darauf in einem gleichmäßigen Raster angeordneten LEDs 3, die über elektrisch leitende Verbindungen 4 zu einer Parallelschaltung von elf Serienschaltungen 6 verschaltet sind. Dabei wird das gleichmäßige Raster aus fünf Reihen 5 mit jeweils neun LEDs 3 gebildet. Alle LEDs 3 sind ferner vorzugsweise im Wesentlichen identisch in zumindest ihrer Vorwärtsspannung, besonders bevorzugt identisch in allen ihren Eigenschaften, wobei in Bezug auf die Vorwärtsspannung dies dahingehend zu verstehen ist, dass die Abweichungen voneinander möglichst unterhalb von 0,1V liegen sollten.
  • Erfindungsgemäß ist nunmehr die Verschaltung der LEDs 3 derart ausgeführt, dass die Anzahl der LEDs 3 pro Serienschaltung 6 in der zentralen bzw. mittleren Reihe auf dem Träger 2 am größten ist und dass diese Anzahl kleiner wird, je weiter eine betrachtete Reihe 5 von der Mitte bzw. Mittelachse entfernt ist. Dies zeigt sich in diesem Ausführungsbeispiel speziell dadurch, dass - von oben herab gezählt - die erste Reihe 5 drei Serienschaltungen 6 mit jeweils drei LEDs 3, die zweite Reihe 5 zwei Serienschaltungen 6 mit jeweils fünf bzw. vier LEDs 3 und die dritte Reihe, die zugleich am zentralsten liegt, eine Serienschaltung 6 mit neun LEDs 3 aufweist. Eine unmittelbar sich ergebene Konsequenz besteht also darin, dass bei einer Verschaltung gemäß diesem ersten Ausführungsbeispiel grundsätzlich mehr Serienschaltungen 6 bzw. LED-Stränge 6 erforderlich sind als letztendlich LED-Reihen 5 auf dem Träger 2 angeordnet sind.
  • Zum Betrieb des LED-Moduls 1 wird eine - von einem nicht dargestellten Betriebsgerät zur Verfügung gestellte - Spannung zwischen den gemeinsamen Endpunkten 7 und 8 aller elektrisch leitenden Verbindungen 4 angelegt. Da alle Serienschaltungen 6 bei Betrieb mit derselben Spannung versorgt werden, stehen die LEDs 3 in den Serienschaltungen 6 im Randbereich des Trägers 2 aufgrund ihrer geringeren Anzahl pro Serienschaltung 6 einzeln unter erhöhter Spannungslast und damit erhöhter Stromlast. Somit werden die Schwerpunkte der Stromlast aller LEDs 3 auf die Außenbereiche des Trägers 2 ausgelagert. Dies hat den gewünschten Effekt zur Folge, dass nun auch die Schwerpunkte der Wärmeerzeugung auf die Außenbereiche des Trägers 2 ausgelagert und so die zentralen Bereiche des Trägers 2 thermisch entlastet werden.
  • Klarzustellen ist an dieser Stelle, dass Fig. 1 in erster Linie der grundsätzlichen Darstellung des erfindungsgemäßen Gedankens dient, nämlich LED-Stränge mit jeweils unterschiedlich vielen LEDs einzusetzen. In Realität werden die Anzahlen von LEDs weniger stark voneinander abweichen, als dies in Fig. 1 dargestellt ist. So wäre beispielsweise eine konkrete Ausführungsform denkbar, bei der drei LED-Stränge vorgesehen sind, wobei der mittlere Stang aus 21 LEDs besteht und die beiden äußeren Stränge jeweils 18 LEDs aufweisen.
  • Denkbar wäre es im Übrigen auch, dass sich ein LED-Strang über mehrere Reihen der LED-Platine erstreckt, um eine gleichmäßige Rasteranordnung von LEDs zu erzielen. Bei dem zuvor erwähnten Beispiel mit drei LED-Strängen könnten z.B. die jeweils letzten LEDs des mittelren Strangs (mit 21 LEDs) in den Außenreihen angeordnet werden, so dass sich ein gleichmäßige LED-Raster mit 3 x 19 LEDs ergibt. Trotz allem wird primär in den Seitenbereichen Wärme generiert, um das angestrebte Ziel einer gleichmäßigen thermischen Belastung erreichen zu können.
  • In Fig.2 ist dargestellt, wie eine Anordnung 11 zur Kühlung eines solchen erfindungsgemäßen LED-Moduls 1, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ermöglicht wird. Das LED-Modul 1 wird beispielsweise an dessen Unterseite auf einem Kühlkörper 12 befestigt bzw. mit diesem gekoppelt, wobei die Mittel zur Befestigung in Fig. 2 nicht sichtbar sind. Es wird im vorliegenden Fall davon ausgegangen, dass das LED-Modul 1 aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bei Betrieb selbst ohne Kühlungsmaßnahmen thermisch gleichmäßig ausgelastet ist, was zur Folge hat, dass der Kühlkörper 12 keine weiteren oder spezielleren Kühlungsmechanismen unter dem Zentrum des LED-Moduls 1 in der Anordnung 11 erfordert als am Rande des Kühlkörpers 12. D.h. die erfindungsgemäße Vergleichmäßigung der thermischen Belastung wird allein durch die Ausgestaltung des LED-Moduls 1 erzielt, so dass durch den Einsatz des Kühlkörpers 12 die thermische Belastung insgesamt weiter reduziert werden kann, ohne dass der Kühlkörper in irgendeiner speziellen Weise ausgebildet werden müsste.
  • In Fig. 3 ist eine Querschnittskizze einer Anordnung 15 zur Lichtabgabe, bestehend aus erfindungsgemäßem LED-Modul 1 in Betrieb und einer optischen Diffusor-Platte 18, gezeigt. Das LED-Modul 1 und die Diffusor-Platte 18 sind im Wesentlichen parallel zueinander in einem bestimmten Abstand angeordnet. In der Zeichnung ist außerdem dargestellt, dass die LEDs 3 im Randbereich des Trägers 2 aufgrund der höheren Stromlast mehr Licht emittieren als die LEDs 3 im zentralen Bereich, was zur Folge hat, dass die Strahlendichte 16 am Rand größer ist als die Strahlendichte 17 im Zentrum. Die Diffusor-Platte kann nunmehr dazu ausgelegt sein, das Licht des LED-Moduls 1 in Abstrahlrichtung zu homogenisieren bzw. vergleichmäßigen, was durch die gleichmäßige Strahlendichte 19 gekennzeichnet ist.
  • Alternativ kann es sogar von Vorteil sein, dass die LEDs 3 in einem Randbereich des Trägers 2 mehr Licht emittieren als die LEDs 3 im zentralen Bereich. Üblicherweise werden in Beleuchtungsanordnungen mehrere LED-Module 1 auf einer vorzugsweise ebenen Fläche nebeneinander angeordnet in Kombination mit einer optischen Diffusor-Platte 18 vorzugsweise gemäß Fig. 3. Üblicherweise ist auch der Abstand der LED-Module 1 untereinander größer als der Abstand der LED-Reihen untereinander auf einem Modul, was zur Folge hätte, dass bei - vorausgesetzt - gleichstarker Lichtemission aller LEDs 3 die Bereiche zwischen den LED-Modulen 1 weniger hell erschienen als die zentraleren Bereiche der LED-Module 1. Dieser Effekt wird nunmehr mit Hilfe der erfindungsgemäßen LED-Module 1 automatisch dadurch kompensiert, dass die LEDs 3 in den Randbereichen der jeweiligen LED-Module 1 heller leuchten aufgrund der höheren Stromlast, was insgesamt zu einem wesentlich homogeneren Erscheinungsbild der Helligkeitsverteilung führt. Die optische Diffusor-Platte 18 sorgt dann noch zusätzlich für eine bessere Vergleichmäßigung.
  • In Fig. 4 ist eine Skizze eines nicht erfindungsgemäßen LED-Moduls 22 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, analog zum LED-Modul 1 nach Variante eins aus Fig. 1, gezeigt. Einer der wesentlichen Unterschiede zwischen dem LED-Modul 1 von Fig. 1 und dem LED-Modul 22 von Fig. 4 besteht dabei darin, dass bei dem LED-Modul 22 verschiedene LEDs zum Einsatz kommen, die sich in ihrer Vorwärtsspannung unterscheiden. LEDs mit unterschiedlichen Vorwärtsspannungen werden mit den Zahlen 24, 26 und 28 gekennzeichnet, wobei identische Zahlen für identische Vorwärtsspannungen stehen. Allerdings besitzt jede LED-Reihe 25, 27 oder 29 vorzugsweise jeweils nur LEDs mit identischen Vorwärtsspannungen, d.h., innerhalb einer Reihe liegen die Abweichungen in den Vorwärtsspannungen wir bereits erwähnt unterhalb von 0,1V. Die Unterschiede in den Vorwärtsspannungen zwischen den verschiedenen LED-Reihen 25, 27, 29 hingegen sollten vorzugsweise mindestens 0,1V betragen.
  • Der zweite wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei dem Modul von Fig. 4 jede Serienschaltung die selbe Anzahl an LEDs besitzt. Dies hat zur Folge, dass die Anzahl der LED-Reihen mit der Anzahl der Serienschaltungen übereinstimmt. Ferner ist die elektrische Verschaltung nicht mehr asymmetrisch, wie dies bei dem LED-Modul 1 von Fig. 1 der Fall war.
  • Die vollständige Anordnung der LEDs und elektrischen Verbindungen auf dem Träger 23 ist zweckmäßig achsensymmetrisch um die LED-Reihe 29 gelegt um keine Asymmetrie der thermischen Belastung des Trägers 23 bei Betrieb zu verursachen, selbst wenn die gesamte thermische Belastung des Trägers nicht gleichmäßig wäre. Der Träger 23 aus Fig. 4 und der Träger 2 aus Fig. 1 müssen nicht zwangsläufig verschieden sein.
  • Die Vorwärtsspannungen der LEDs 24 in der äußeren Reihe 25 sind so gewählt, dass diese kleiner sind als die Vorwärtsspannungen der LEDs 26 in Reihe 27. Analog sind die Vorwärtsspannungen der LEDs 26 in Reihe 27 so zu wählen, dass diese kleiner sind als die Vorwärtsspannungen der LEDs 28 in Reihe 29. Entsprechendes gilt für die restlichen nicht bezifferten Reihen im unteren Teil vom LED-Modul 22 durch Achsenspiegelung aller Eigenschaften an der Reihe 29. So ist aufgrund der kleineren Vorwärtsspannungen in Richtung Außenbereich des Trägers 23 gewährleistet, dass in den entsprechenden LEDs ein höherer Stromfluß vorliegt, also Schwerpunkte der Stromlast bzw. thermischen Last auf die Randbereiche des Trägers 23 verlagert werden.
  • Der Einsatz von LEDs unterschiedlicher Vorwärtsspannung wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass man LEDs vom identischen Typ nimmt, die allerdings bei der Herstellung trotzdem unterschiedliche Vorwärtsspannungen aufweisen. Wahlweise ist auch der Einsatz vollkommen verschiedener LED-Typen möglich.
  • Wie bereits erwähnt können die beiden Gedanken zur besseren Verteilung der thermischen Belastung auch miteinander kombiniert werden. In diesem Fall kommen dann auf dem Modul unterschiedliche LEDs zum Einsatz und die Längen der LED-Serienschaltungen variiert.
  • Selbstverständlich kann das in Figur 4 dargestellte LED-Modul in analoger Weise wie das Modul gemäß Figur 1 mit Kühlkörpern oder optischen Elementen kombiniert werden. In den Darstellungen der Fig. 2 und Fig. 3 kann das LED-Modul 1 also ohne weiteres durch das LED-Modul 22 ersetzt werden.
  • Zusammenfassend besteht also durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen LED-Moduls die Möglichkeit, Kosten zu sparen, die durch den Einsatz von Kühlungsmaßnahmen entstehen. Ferner können durch Optimierung der Verteilung der thermischen Belastung die Lebensdauer von LEDs verlängert und homogenere Erscheinungsbilder bezüglich der Lichtabgabe innerhalb und/oder außerhalb von Beleuchtungsvorrichtungen, die ein erfindungsgemäßes LED-Modul enthalten, erhalten werden.

Claims (4)

  1. LED-Modul (1), aufweisend eine Anordnung von elektronisch verschalteten LEDs (3) und einem Träger (2) für die LEDs (3), wobei eine Parallelschaltung von Serienschaltungen (6) von LEDs (3) vorliegt,
    wobei die Parallelschaltung derartig gewählt ist, dass die durch den Betrieb der LEDs (3) verursachte thermische Belastung des Trägers (2) im Wesentlichen gleichmäßig über den Träger (2) verteilt ist,
    wobei die Anordnung der LEDs (3) ein gleichmäßiges Raster aufweist,
    und wobei bei Betrieb die LEDs (3) der Serienschaltung (6) aus einem äußeren Bereich des Trägers (2) jeweils einer stärkeren Stromlast unterliegen als die LEDs (3) der Serienschaltung (6) aus einem inneren Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der LEDs (3) einer Serienschaltung (6) aus dem äußeren Bereich des Trägers (2) kleiner ist als die Anzahl der LEDs (3) einer Serienschaltung (6) aus dem inneren Bereich.
  2. LED-Modul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass alle LEDs (3) auf dem Träger (2) im Wesentlichen identisch sind.
  3. Anordnung zur Lichtabgabe (15), bestehend aus LED-Modul (1, 22) nach einem der vorherigen Ansprüche und einer optischen Vorrichtung (18),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die optische Vorrichtung (18) dazu ausgelegt ist, das vom LED-Modul (1, 22) bei Betrieb abgegebene Licht (16,17) im Wesentlichen zu homogenisieren bzw. zu vergleichmäßigen.
  4. Anordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass diese mehrere nebeneinander angeordnete LED-Module (1, 22) aufweist.
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