WO2006111133A1 - Led-modul und led-beleuchtungseinrichtung mit mehreren led-modulen - Google Patents

Led-modul und led-beleuchtungseinrichtung mit mehreren led-modulen Download PDF

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WO2006111133A1
WO2006111133A1 PCT/DE2006/000635 DE2006000635W WO2006111133A1 WO 2006111133 A1 WO2006111133 A1 WO 2006111133A1 DE 2006000635 W DE2006000635 W DE 2006000635W WO 2006111133 A1 WO2006111133 A1 WO 2006111133A1
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led module
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led chips
chips
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Ulf Brune
Bernd-Heiner Scholz
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Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH
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    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
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    • H05B45/37—Converter circuits
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    • H05B45/38—Switched mode power supply [SMPS] using boost topology

Definitions

  • the invention relates to an LED module according to the preamble of patent claim 1 and an LED lighting device with a plurality of such LED modules.
  • LED arrays are characterized by high efficiency, a long service life, a fast response time and a comparatively low sensitivity to shocks and vibrations. For this reason, LED arrays are increasingly being used in lighting devices in which incandescent lamps have often been used, in particular in motor vehicle headlamps.
  • the emitted light intensity should not deviate significantly from the light emitted at the time of commissioning light intensity, even after a relatively long period of operation, for example, after an operating time of several thousand hours.
  • the intensity of light emitted by the LED chips of an LED module may possibly at least decrease slightly with increasing operating time due to degradation phenomena.
  • Such a degradation effect can have a disturbing effect, in particular, when, in a LED lighting unit comprising a plurality of LED modules, a single LED module, for example due to a defect, has to be replaced after a comparatively long service life. On the one hand, it may happen that the light intensity of the replacement module deviates from the light intensity of the other modules, in particular if, in contrast to the other LED modules still has no age-related reduction in light intensity.
  • the technical function of the LED lighting device is generally not significantly affected by slight differences in the intensity of the individual LED modules, however, even slight differences can often be perceived by a viewer and possibly be distracting.
  • road traffic regulations must comply with the luminous intensity regulations.
  • LED modules are usually delivered in brightness groups.
  • the brightness of the individual LED modules is therefore measured after production and assigned to each LED module one of its brightness corresponding brightness group.
  • an LED lighting device which comprises several LED modules, advantageously only LED modules from the same brightness group are used.
  • EP 1 341 402 A2 discloses measuring the brightness of the radiation emitted by an LED module and transmitting the measurement signal to the power supply unit of the LED module. Module to control the flow of current through the LED module such that the brightness of the LED module is constant. In some applications of LED modules, the realization of such a control circuit but is associated with a relatively high technical complexity. Frequently, no separate power supply is provided for the operation of the LED module, to which a feedback of a measuring signal, such as the emitted brightness, could be done to control the power supply. This is the case, for example, when a LED module contained in a motor vehicle headlight is supplied with electrical voltage by a motor vehicle battery.
  • the invention has for its object to provide an improved LED module, which is characterized in particular by a high long-term stability of the emitted light intensity and a provision by which the replacement of the LED module is simplified by a similar LED module.
  • the control unit is arranged on a support of the LED module and comprises an electronic storage medium for storage according to at least one embodiment of the invention operating data of the LED chips, wherein a control of the operating current is provided in dependence on the stored operating data.
  • control unit for example a microcontroller, has a means for detecting the operating time of the LED chips, wherein the operating time is stored in the electronic storage medium.
  • the detection of the operating time of the LED chips of the LED array by the control unit allows in particular, the operating parameters of the LED module to the
  • the operating current of the LED chips is regulated by means of the control unit as a function of the operating time.
  • it is provided to increase the operating current of the LED chips with increasing operating time. In this way, a decrease in the brightness of the radiation emitted by the LED chips with increasing operating time due to degradation phenomena of the LED chips is counteracted.
  • the increase of the operating current is preferably carried out such that a predetermined minimum brightness is not exceeded.
  • the regulation of the operating current of the LED chips takes place such that the brightness of the emitted radiation is at least approximately constant. This advantageously achieves that differences in the brightness of otherwise identical LED modules, which differ from one another through the operating life of the LED chips, are imperceptible.
  • the increase in the operating current of the LED chips is preferably carried out at preset times stored in the control unit.
  • the increase in the operating current may occur after predetermined time intervals of the operating time.
  • the time intervals after which the operating current is increased need not necessarily be the same length.
  • the current must not necessarily be increased by the same amount after the predetermined time intervals. Rather, the determination of the time intervals, according to which an increase in the current intensity takes place, and the determination of the amount of the respective increase in the current strength advantageously based on empirical data for Degradations the LED chips.
  • the operating data stored in the electronic storage medium can, for example, be further processed by the control unit in order to regulate the operating current as a function of the previous operating data.
  • the stored operating data from the control unit may be used to determine the time intervals according to which the
  • Operating current to compensate for degradation phenomena is to be increased, or the amounts of the respective increase in the current intensity can be used.
  • the operating time and other operating parameters can be stored in the memory of the control unit and used for such calculations.
  • LED modules in which an operation of the LED chips of the LED array is provided in several operating modes with different operating currents also storing the operating times in the individual operating modes. For example, in an LED module used in a vehicle headlamp, operation of the LED chips having different current levels may be provided in the parking, low beam or high beam modes.
  • a brightness grouping of the LED chips is advantageously stored in the electronic storage medium of the control unit.
  • a brightness grouping is understood to be an indication of the brightness at a reference current intensity.
  • the current required to achieve a given brightness may vary at least slightly even with otherwise similar chips. For this reason, LEDs are usually in so-called
  • the storage of the brightness grouping in the electronic Storage medium of the control unit of the LED module has the advantage that the operating current of the LED chips can be automatically controlled based on this information to the value required for a given brightness value.
  • the LED module can thus advantageously be used without regard to the brightness grouping in addition to other similar LED modules, without causing differences in brightness occur.
  • the LED module preferably has an interface for reading out the stored operating data and / or for programming the control unit.
  • a preferred embodiment of the invention is a serial interface.
  • Lighting device comprising a plurality of similar LED modules, the operating time of the LED module to be replaced are read out and thus in the LED module, which is to replace the LED module to be replaced, the operating current for adjusting the brightness to the other LED modules are set ,
  • the support of the LED module is preferably a circuit board, for example a metal core board.
  • the width of the carrier is 12 mm or less in a preferred embodiment.
  • the carrier acts as a heat sink for the heat generated by the LED chips.
  • the carrier preferably contains at least one electrical connection point, by means of which in particular the control device can be electrically contacted. As a connection point, for example, a plug is provided.
  • the electrical connection of the arranged on the support elements of the LED module, in particular the control unit with the LED chips, preferably via conductor tracks on the carrier body.
  • the power supply of the LED module can be done both with DC voltage and AC voltage.
  • the LED module is operated at a supply voltage of between 8 V and 24 V inclusive.
  • the supply voltage may be the voltage of a motor vehicle battery, which is for example about 12 V.
  • a means for transforming the supply voltage to the operating voltage provided for operating the LED array is contained on the carrier of the LED module.
  • the operating voltage of the LED array depends in particular on the number of LED chips used, which are preferably connected in series, and is for example 18.5 V or less.
  • the transformation of the supply voltage to the operating voltage for example, with a boost converter, which is arranged on the support of the LED module.
  • the transformation of the supply voltage to the operating voltage of the LED array by an element arranged on the carrier has the particular advantage that the LED module can be connected directly to the supply voltage, for example a battery voltage in a motor vehicle, without further precautions.
  • the LED chips of the LED array are preferably mounted on a chip carrier which is mounted on the carrier.
  • the carrier and the chip carrier are preferably glued together.
  • the chip carrier is made, for example, of a ceramic, preferably AlN.
  • the chip carrier is a heat sink for the heat emitted by the LED chips.
  • the LED chips preferably contain a III-V
  • III-V compound semiconductor material in particular In x AlyGa] __ x _yN, In x AlyGai_ x _yP or In x AlyGa] __ x _yAs, each with ⁇ £ x £ l, ⁇ £ y £ l and x + y £ l.
  • the III-V compound semiconductor material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to one of the above formulas. Rather, it may have one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material.
  • the above formulas contain only the essential constituents of the crystal lattice, even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the LED chips are so-called thin-film light-emitting diode chips in which a functional semiconductor layer sequence was first grown epitaxially on a growth substrate, then a new support was applied to the surface of the semiconductor layer sequence opposite the growth substrate and subsequently the growth substrate was separated. This has the particular advantage that the growth substrate can be reused.
  • a thin-film light-emitting diode chip is, to a good approximation, a Lambert surface radiator and is therefore particularly well suited for use in a headlight.
  • a preferred embodiment of the LED module includes a temperature sensor and is a control of an operating current the LED chips in response to a temperature detected by the temperature sensor provided.
  • the temperature sensor is connected to the control unit, for example by conductor tracks on the carrier. Due to the temperature-dependent regulation of the operating current of the LED chips of the LED array, impairment of the function or even failure of the LED chips due to thermal overloading can be avoided.
  • the temperature detected by the temperature sensor can be evaluated by the control unit, and the operating current of the LED chips can be reduced as soon as the temperature detected by the temperature sensor reaches a critical value. In this way, the LED chips can be advantageously operated over long periods of operation in the limit of their thermal capacity.
  • the temperature monitoring by means of the temperature sensor is particularly advantageous if the LED array contains a plurality of LED chips, since with the number of LED chips and the heat generation increases.
  • the LED array includes at least four LED chips.
  • the LED array may have six LED chips.
  • the temperature sensor is, for example, an NTC or PTC resistor, a semiconductor device or a thermocouple.
  • the temperature sensor is preferably mounted on the chip carrier.
  • the temperature sensor can also be arranged on the carrier.
  • the attachment of the temperature sensor on the chip carrier or on the carrier is preferably carried out by soldering or gluing. To get the best possible match between the of the
  • Temperature sensor detected temperature and the temperature of the radiation-emitting active layers of the LED chips to achieve, it is advantageous if the temperature sensor has the smallest possible distance to at least one of the LED chips.
  • the distance between the temperature sensor and at least one LED chip of the LED array is 5 mm or less, more preferably 3 mm or less.
  • the LED module contains a light detector, for example a photodiode.
  • a control of the operating current of the LED chips is provided by the control unit in dependence on a light intensity measured by the light detector.
  • the light detector is preferably connected to the control unit, for example via conductor tracks on the carrier.
  • the light detector is arranged such that it receives at least a portion of the radiation emitted by the LED chips, for example scattered radiation.
  • the signal of the light detector can be evaluated by the control unit such that the brightness emitted by the LED chips is regulated to a predetermined value by means of a setpoint / actual value comparison.
  • the light detector is suitable for detecting the ambient brightness.
  • the light detector is preferably arranged and / or aligned such that it primarily detects light from outside the LED module. In this case, advantageously at least only a small part of the radiation emitted by the LED chips of the LED module strikes the light detector.
  • An ambient light intensity dependent signal provided by the light detector to the control unit may be provided by the Control unit are used in particular to the
  • the signal of the light detector can also be evaluated by the control unit to effect an automatic switch-on or switch-off process.
  • an automatic switch-on process can be effected with reduced ambient brightness, for example when entering a tunnel or when twilight sets in.
  • At least one beam-shaping optical element is arranged downstream of the LED chips of the LED array in its emission direction.
  • the divergence of the radiation emitted by the LED chips is reduced by the beam-shaping optical element.
  • the beam-shaping optical element is preferably a hollow body with a light inlet opening facing the LED chip and a light exit opening opposite the light entry opening, at least part of the radiation emitted by the LED chip (s) being reflected on a wall of the hollow body towards the light exit opening.
  • the beam-shaping optical element can be, for example, a hollow body filled with a potting material.
  • the potting material is preferably a UV-stable material, such as silicone.
  • a wall of the hollow body preferably has a curvature in order to realize a desired optical functionality.
  • the wall of the hollow body can be aspherical, for example parabolic, elliptical or hyperbolic, curved.
  • the beam-shaping optical element is designed as a CPC, CEC or CHC-like optical concentrator, which here and hereinafter means a concentrator whose reflective side surfaces at least partially and / or at least largely the shape of a composite parabolic Compound Parabolic Concentrator (CPC), Compound Elliptic Concentrator (CEC) or Compound Hyperbolic Concentrator (CHC).
  • CPC Compound Parabolic Concentrator
  • CEC Compound Elliptic Concentrator
  • CHC Compound Hyperbolic Concentrator
  • the surface of the cover body facing the LED chips is the actual concentrator output, so that radiation, in comparison with the conventional use of a concentrator for focusing, runs in the reverse direction through it and is thus not concentrated, but rather the cover body with reduced divergence through the opposite one Surface leaves.
  • An LED lighting device comprises several of the previously described LED modules.
  • An LED module according to the invention may in particular be part of a motor vehicle headlamp, wherein the motor vehicle headlamp advantageously contains a plurality of such LED modules. The invention will be described below with reference to a
  • Figure 1 is a schematic plan view of an embodiment of an LED module according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic representation of a cross section along the line I-II of the embodiment of the invention shown in Figure 1.
  • FIGS. 1 and 2 The exemplary embodiment of an LED module 11 according to the invention shown schematically in FIGS. 1 and 2 contains an LED array in which six LED chips 2 are mounted on a common chip carrier 1.
  • the LED chips 2 have an active zone, which is preferably a III-V compound semiconductor material, in particular In x AlyGa] __ ⁇ -yN, In x AlyGa] __ X _ V P or In x AlyGa ] __ x _yAs with (K x
  • the active zone may be in the form of a single heterostructure, a double heterostructure, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which charge carriers undergo quantization of their energy states by confinement, in particular the term quantum well structure does not include any information about the dimensionality of the quantization Quantum wells, quantum wires and quantum dots and each
  • the chip carrier 1 is preferably made of a ceramic.
  • the chip carrier 1 may contain AlN.
  • the LED chips 2 of the LED array are preferably connected in series. Alternatively, the LED chips 2 can also be connected in parallel.
  • the LED module 11 has a carrier 4, on which in particular the chip carrier 1 with the LED chips 2 is mounted.
  • the carrier 4 preferably has a width b of 12 mm or less.
  • the carrier 4 may be a metal core board, which advantageously functions as a heat sink for the heat generated by the LED chips 2, the heat generated by the LED chips 2 being emitted via the chip carrier 1 to the metal core board 4. Holes can be provided in the carrier 4 in order to mount the LED module in a lighting device, for example by means of screws or dowel pins.
  • control unit 7 On the support 4 of the LED module 11, a control unit 7 is further arranged.
  • the control unit 7 is, for example, an electronic chip, which is preferably mounted on the carrier 4 in flip-chip technology.
  • the control unit 7 advantageously has an electronic storage medium 8 for storing operating data of the LED chips 2.
  • the operating current of the LED chips 2 is regulated by the control unit 7 as a function of the stored operating data.
  • control unit 7 has a means for detecting the operating time of the LED chips 2, wherein the operating time in the electronic storage medium. 8 is stored and the operating current of the LED chips 2 in
  • the regulation of the operating current of the LED chips 2 as a function of the operating time is preferably carried out such that the operating current is increased with increasing operating time to a decrease in brightness due to
  • Degradation phenomena of LED chips 2 counteract. In this way, it can be achieved, in particular, that the brightness of the radiation emitted by the LED chips 2 deviates, at least not substantially, from an initial value at the time of starting up, even after a long operating time of, for example, several thousand hours.
  • the brightness of the radiation emitted by the LED module 11 is therefore advantageously constant over time. For example, it may be provided that a luminous flux of 400 Im is maintained.
  • the time points at which the operating current intensity of the LED chips 2 for compensating for aging phenomena of the LED chips is increased in each case are preferably stored in the electronic storage medium 8 of the control unit 7.
  • An increase in the operating current thus takes place automatically when the detected and summed by the control unit 7 operating time of the LED chips 2 coincides with the preset times.
  • the amount of the increase and the time intervals after which an increase takes place are advantageously determined from empirical values for the aging behavior of the LED chips 2, for example from a measured progression of the light intensity as a function of time.
  • stepwise increase in the operating current may alternatively be a continuous Increasing the operating current as a function of the
  • Operating duration of the LED chips 2 may be provided.
  • a brightness grouping of the LED chips 2 is advantageously stored in the electronic storage medium 8 of the control unit 7. This has the particular advantage that the operating current of the LED chips 2 can be automatically controlled by the control unit 7 on the basis of this information to the value required for a given brightness. As a result, there are advantageously no discernible differences in the brightness when the LED module 11 is arranged next to other similar LED modules.
  • control unit 7 advantageously has an interface (not shown).
  • the interface may be a serial interface.
  • a programming of the control unit 7 can also take place via the serial interface.
  • a plug 6 is provided.
  • an AC voltage for example a mains voltage
  • a DC voltage for example a battery voltage, in particular a battery voltage of a motor vehicle battery
  • electronic components required for this purpose for example a choke coil 9 and a capacitor 10, can be arranged on the carrier 4.
  • a choke coil 9 and a capacitor 10 can be arranged on the carrier 4.
  • Temperature sensor 3 is arranged, which is connected to the control unit 7.
  • the temperature sensor 3, for example, a temperature-dependent resistor, a thermocouple or a semiconductor device with temperature-dependent properties, is in thermal contact with the LED chips 2, for example by conduction or convection.
  • the temperature sensor serves to cause a reduction in the operating current of the LED chips 2 by the control unit 7 when a critical temperature is exceeded.
  • the LED module 11 preferably contains a light detector 5, which is arranged, for example, on the chip carrier 1 and connected to the control unit 7.
  • the light detector 5 is arranged, for example, on the chip carrier 1 in order to receive at least part of the radiation emitted by the LED chips 2.
  • the signal of the light detector 5 is evaluated by the control unit 7 in such a way that the brightness emitted by the LED chips 2 is regulated to a predetermined value by a setpoint / actual value comparison.
  • the light detector 5 could also be mounted elsewhere on the carrier 4, for example to receive the ambient brightness or at least a portion of the radiation emitted by any adjacent LED modules present.
  • the signal generated by the light detector 5 can be evaluated by the control unit 7 such that the operating current of the LED chips 2 is controlled such that the light intensity emitted by the LED module 11 is adapted to the ambient light conditions.
  • at least one optical element 12 is advantageously provided.
  • an optical element 12 may be provided which reduces the divergence of the radiation emitted by the LED chips 2.
  • the optical element 12 may be a non-imaging optical concentrator, which is preferably arranged very close to the LED chips 2 or even placed thereon.
  • the non-imaging optical concentrator is preferably a CPC, CEC, or CHC-type optical concentrator whose reflective sidewalls are at least partially and / or at least substantially in the form of a compound parabolic concentrator (CPC) composite elliptical concentrator (Compound elliptic concentrator, CEC) and / or a compound hyperbolic concentrator (CHC).
  • CPC compound parabolic concentrator
  • CHC compound hyperbolic concentrator
  • the invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.
  • a plurality of LED arrays and a plurality of control devices 7 may be arranged on the carrier 4.

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Abstract

Bei einem LED-Modul (11) mit einem LED-Array aus mehreren LED-Chips (2) und einer Steuereinheit (7) zur Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips (2) ist die Steuereinheit (7) auf einem Träger (4) des LED-Moduls (11) angeordnet und weist ein elektronisches Speichermedium zur Speicherung von Betriebsdaten der LED-Chips (2) auf, wobei eine Regelung des Betriebsstroms in Abhängigkeit von den gespeicherten Betriebsdaten vorgesehen ist.

Description

LED-Modul und LED-Beleuchtungseinrichtung mit mehreren LED- Modulen
Die Erfindung betrifft ein LED-Modul gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine LED-Beleuchtungseinrichtung mit mehreren derartigen LED-Modulen.
LED-Arrays zeichnen sich durch eine hohe Effizienz, eine hohe Lebensdauer, eine schnelle Ansprechzeit und eine vergleichsweise geringe Empfindlichkeit gegen Stöße und Vibrationen aus. LED- Arrays werden aus diesem Grund immer häufiger in Beleuchtungseinrichtungen eingesetzt, bei denen bisher oftmals Glühlampen verwendet wurden, insbesondere in Kfz-Scheinwerfern.
Bei zu Beleuchtungszwecken eingesetzten LED-Modulen, insbesondere bei LED-Modulen für Kfz-Scheinwerfer, soll die emittierte Lichtstärke auch nach einer vergleichsweise langen Betriebsdauer, beispielsweise nach einer Betriebsdauer von mehreren tausend Stunden, nicht wesentlich von der zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme emittierten Lichtstärke abweichen. Die von den LED-Chips eines LED-Moduls emittierte Lichtstärke kann aber möglicherweise aufgrund von Degradationserscheinungen mit zunehmender Betriebsdauer zumindest geringfügig abnehmen.
Ein derartiger Degradationseffekt kann sich insbesondere dann störend auswirken, wenn in einer LED-Beleuchtungseinheit, die eine Mehrzahl von LED-Modulen umfasst, nach einer vergleichsweise langen Betriebsdauer ein einzelnes LED-Modul, beispielsweise aufgrund eines Defekts, ausgetauscht werden muss. Zum einen kann es dabei vorkommen, dass die Lichtstärke des Ersatzmoduls von der Lichtstärke der übrigen Module abweicht, insbesondere wenn es im Gegensatz zu den übrigen LED-Modulen noch keine alterungsbedingte Verminderung der Lichtstärke aufweist.
Zwar wird die technische Funktion der LED- Beleuchtungseinrichtung durch geringfügige Unterschiede der Lichtstärke der einzelnen LED-Module in der Regel nicht wesentlich beeinträchtigt, allerdings können oftmals bereits geringfügige Unterschiede von einem Betrachter wahrgenommen und eventuell als störend empfunden werden. Zudem sind beispielsweise im Straßenverkehr die Lichtstärke betreffende gesetzliche Vorschriften einzuhalten.
Zur Vermeidung unterschiedlicher Helligkeiten gleichartiger LED- Module, die durch Fertigungstoleranzen bedingt sind, werden LED- Module in der Regel in Helligkeitsgruppen ausgeliefert. Die Helligkeit der einzelnen LED-Module wird also nach der Fertigung gemessen und jedes LED-Modul einer seiner Helligkeit entsprechenden Helligkeitsgruppe zugeordnet. Bei der Endmontage einer LED-Beleuchtungseinrichtung, die mehrere LED-Module umfasst, werden vorteilhaft ausschließlich LED-Module aus der gleichen Helligkeitsgruppe verwendet. Bei einem Austausch eines der LED-Module ist es allerdings aufwendig, die
Helligkeitsgruppierung des auszutauschenden Moduls festzustellen und das LED-Modul durch ein LED-Modul der gleichen Helligkeitsgruppe zu ersetzen.
Um insbesondere einer Verminderung der Helligkeit eines LED- Moduls aufgrund von Alterungserscheinungen der LED-Chips entgegenzuwirken, ist aus der Druckschrift EP 1 341 402 A2 bekannt, die Helligkeit der von einem LED-Modul emittierten Strahlung zu messen und das Messsignal dem Netzgerät des LED- Moduls zuzuführen, um den Stromfluss durch das LED-Modul derart zu regeln, dass die Helligkeit des LED-Moduls konstant ist. Bei einigen Anwendungen von LED-Modulen ist die Realisierung einer derartigen Regelschaltung aber mit einem vergleichsweise hohen technischen Aufwand verbunden. Häufig ist für den Betrieb des LED-Moduls auch kein separates Netzgerät vorgesehen, an das eine Rückkopplung eines Messsignals, beispielsweise der emittierten Helligkeit, zur Regelung der Stromversorgung erfolgen könnte. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn ein in einem Kfz-Scheinwerfer enthaltenes LED-Modul von einer Kraftfahrzeugbatterie mit elektrischer Spannung versorgt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes LED- Modul anzugeben, das sich insbesondere durch eine hohe Langzeitstabilität der emittierten Lichtstärke und eine Vorkehrung, durch die der Austausch des LED-Moduls durch ein gleichartiges LED-Modul vereinfacht wird, auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch ein LED-Modul nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des LED-Moduls sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem LED-Modul mit einem LED-Array aus mehreren LED-Chips und einer Steuereinheit zur Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips ist gemäß mindestens einer Ausführungsform der Erfindung die Steuereinheit auf einem Träger des LED-Moduls angeordnet und umfasst ein elektronisches Speichermedium zur Speicherung von Betriebsdaten der LED-Chips, wobei eine Regelung des Betriebsstroms in Abhängigkeit von den gespeicherten Betriebsdaten vorgesehen ist.
Vorteilhaft weist die Steuereinheit, beispielsweise ein Microcontroller, ein Mittel zur Erfassung der Betriebsdauer der LED-Chips auf, wobei die Betriebsdauer in dem elektronischen Speichermedium gespeichert wird. Die Erfassung der Betriebsdauer der LED-Chips des LED-Arrays durch die Steuereinheit ermöglicht es insbesondere, die Betriebsparameter des LED-Moduls an die
Alterungseigenschaften der LED-Chips anzupassen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Betriebsstrom der LED-Chips mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von der Betriebsdauer geregelt. Insbesondere ist vorgesehen, den Betriebsstrom der LED-Chips mit zunehmender Betriebsdauer zu erhöhen. Auf diese Weise wird eine Abnahme der Helligkeit der von den LED-Chips emittierten Strahlung mit zunehmender Betriebsdauer aufgrund von Degradationserscheinungen der LED-Chips entgegengewirkt.
Die Erhöhung des Betriebsstroms erfolgt bevorzugt derart, dass eine vorgegebene Mindesthelligkeit nicht unterschritten wird. Besonders bevorzugt erfolgt die Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips derart, dass die Helligkeit der emittierten Strahlung zumindest annähernd konstant ist. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass Unterschiede in der Helligkeit von ansonsten gleichartigen LED-Modulen, die sich durch die Betriebsdauer der LED-Chips voneinander unterscheiden, nicht wahrnehmbar sind.
Die Erhöhung des Betriebsstroms der LED-Chips erfolgt vorzugsweise zu in der Steuereinheit gespeicherten voreingestellten Zeitpunkten. Beispielsweise kann die Erhöhung des Betriebsstroms nach vorher festgelegten Zeitintervallen der Betriebsdauer erfolgen. Die Zeitintervalle, nach denen die Betriebsstromstärke erhöht wird, müssen nicht notwendigerweise gleich lang sein. Weiterhin muss auch die Stromstärke nicht notwendigerweise nach den vorgegebenen Zeitintervallen jeweils um den gleichen Betrag erhöht werden. Vielmehr erfolgt die Festlegung der Zeitintervalle, nach denen jeweils eine Erhöhung der Stromstärke erfolgt, und die Festlegung des Betrags der jeweiligen Erhöhung der Stromstärke vorteilhaft nach Erfahrungswerten zum Degradationsverhalten der LED-Chips. Die in dem elektronischen Speichermedium gespeicherten Betriebsdaten können beispielsweise von der Steuereinheit weiterverarbeitet werden, um den Betriebsstrom in Abhängigkeit von den bisherigen Betriebsdaten zu regeln. Insbesondere können die gespeicherten Betriebsdaten von der Steuereinheit zur Festlegung der Zeitintervalle, nach denen die
Betriebsstromstärke zum Ausgleich von Degradationserscheinungen erhöht werden soll, oder der Beträge der jeweiligen Erhöhung der Stromstärke verwendet werden. Neben der Betriebsdauer können auch weitere Betriebsparameter in dem Speicher der Steuereinheit gespeichert und für derartige Berechnungen herangezogen werden. Insbesondere kann bei LED-Modulen, bei denen ein Betrieb der LED-Chips des LED-Arrays in mehreren Betriebsarten mit verschiedenen Betriebsstromstärken vorgesehen ist, auch eine Speicherung der Betriebszeiten in den einzelnen Betriebsarten erfolgen. Beispielsweise kann bei einem LED-Modul, das in einem Kfz-Frontscheinwerfer verwendet wird, ein Betrieb der LED-Chips mit verschiedenen Stromstärken in den Betriebsarten Standlicht, Abblendlicht oder Fernlicht vorgesehen sein.
Weiterhin ist mit Vorteil in dem elektronischen Speichermedium der Steuereinheit eine Helligkeitsgruppierung der LED-Chips gespeichert. Unter einer Helligkeitsgruppierung wird dabei eine Angabe über die Helligkeit bei einer Referenzstromstärke verstanden. Die Stromstärke, die zum Erzielen einer bestimmten Helligkeit erforderlich ist, kann auch bei ansonsten gleichartigen Chips zumindest geringfügig variieren. Aus diesem Grund werden LEDs üblicherweise in sogenannten
Helligkeitsgruppierungen an Kunden ausgeliefert, um Unterschiede in der Helligkeit bei nebeneinander angeordneten LEDs beim Betrieb mit gleicher Stromstärke zu vermeiden.
Die Speicherung der Helligkeitsgruppierung in dem elektronischen Speichermedium der Steuereinheit des LED-Moduls hat den Vorteil, dass der Betriebsstrom der LED-Chips anhand dieser Information automatisch auf den für eine vorgesehene Helligkeit erforderlichen Wert geregelt werden kann. Das LED-Modul kann also vorteilhaft ohne Rücksicht auf die Helligkeitsgruppierung neben anderen gleichartigen LED-Modulen verwendet werden, ohne dass dabei Unterschiede in der Helligkeit auftreten.
Das LED-Modul weist vorzugsweise eine Schnittstelle zum Auslesen der gespeicherten Betriebsdaten und/oder zur Programmierung der Steuereinheit auf. Bei der Schnittstelle handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um eine serielle Schnittstelle. Insbesondere kann mittels der Schnittstelle bei einem Austausch eines LED-Moduls in einer
Beleuchtungseinrichtung, die mehrere gleichartige LED-Module umfasst, die Betriebsdauer des auszutauschenden LED-Moduls ausgelesen werden und somit bei dem LED-Modul, welches das auszutauschende LED-Modul ersetzen soll, der Betriebsstrom zur Anpassung der Helligkeit an die übrigen LED-Module eingestellt werden.
Bei dem Träger des LED-Moduls handelt es sich vorzugsweise um eine Leiterplatte, beispielsweise um eine Metallkernplatine. Die Breite des Trägers beträgt bei einer bevorzugten Ausführungsform 12 mm oder weniger. Vorteilhaft fungiert der Träger als Wärmesenke für die von den LED-Chips erzeugte Wärme. Der Träger enthält vorzugsweise mindestens eine elektrische Anschlussstelle, mittels derer insbesondere die Steuervorrichtung elektrisch kontaktiert werden kann. Als Anschlussstelle ist zum Beispiel ein Stecker vorgesehen. Die elektrische Verbindung der auf dem Träger angeordneten Elemente des LED-Moduls, insbesondere der Steuereinheit mit den LED- Chips, erfolgt vorzugsweise über Leiterbahnen auf dem Trägerkörper. Die Stromversorgung des LED-Moduls kann sowohl mit Gleichspannung als auch mit Wechselspannung erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das LED-Modul mit einer Versorgungsspannung zwischen einschließlich 8 V und einschließlich 24 V betrieben. Insbesondere kann es sich bei der Versorgungsspannung um die Spannung einer Kraftfahrzeug-Batterie handeln, die beispielsweise etwa 12 V beträgt.
Vorzugsweise ist auf dem Träger des LED-Moduls ein Mittel zur Transformierung der Versorgungsspannung auf die zum Betrieb des LED-Arrays vorgesehene Betriebsspannung enthalten. Die Betriebsspannung des LED-Arrays hängt insbesondere von der Anzahl der verwendeten LED-Chips, die vorzugsweise in Reihe geschaltet sind, ab, und beträgt beispielsweise 18,5 V oder weniger.
Die Transformierung der Versorgungsspannung auf die Betriebsspannung erfolgt beispielsweise mit einem Hochsetzsteller, der auf dem Träger des LED-Moduls angeordnet ist. Die Transformierung der Versorgungsspannung auf die Betriebsspannung des LED-Arrays durch ein auf dem Träger angeordnetes Element hat insbesondere den Vorteil, dass das LED- Modul ohne weitere Vorkehrungen direkt an die Versorgungsspannung, beispielsweise eine Batteriespannung in einem Kraftfahrzeug, angeschlossen werden kann.
Die LED-Chips des LED-Arrays sind vorzugsweise auf einen Chipträger montiert, der auf dem Träger befestigt ist. Der Träger und der Chipträger sind dabei vorzugsweise miteinander verklebt. Der Chipträger ist beispielsweise aus einer Keramik, vorzugsweise AlN, gefertigt. Vorteilhaft ist der Chipträger eine Wärmesenke für die von den LED-Chips emittierte Wärme. Die LED-Chips enthalten vorzugsweise ein III-V-
Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere InxAlyGa]__x_yN, InxAlyGai_x_yP oder InxAlyGa]__x_yAs, jeweils mit θ£x£l, θ£y£l und x+y£l. Dabei muss das III-V-Verbindungshalbleitermaterial nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach einer der obigen Formeln aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhalten obige Formeln jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Besonders bevorzugt sind die LED-Chips sogenannte Dünnfilm- Leuchtdiodenchips, bei denen eine funktionelle Halbleiterschichtenfolge zunächst epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen wurde, anschließend ein neuer Träger auf die dem Aufwachssubstrat gegenüberliegende Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht und nachfolgend das Aufwachssubstrat abgetrennt wurde. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass das Aufwachssubstrat wiederverwendet werden kann.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip ist in guter Näherung ein Lambert ' scher Oberflächenstrahler und eignet sich von daher besonders gut für die Anwendung in einem Scheinwerfer.
Eine bevorzugte Ausführungsform des LED-Moduls enthält einen Temperatursensor, und es ist eine Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips in Abhängigkeit von einer von dem Temperatursensor erfassten Temperatur vorgesehen. Dazu ist der Temperatursensor mit der Steuereinheit verbunden, beispielsweise durch Leiterbahnen auf dem Träger. Durch die temperaturabhängige Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips des LED-Arrays kann eine Beeinträchtigung der Funktion oder sogar ein Ausfall der LED-Chips durch thermische Überlastung vermieden werden. Insbesondere kann die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur von der Steuereinheit ausgewertet werden, und der Betriebsstrom der LED-Chips vermindert werden, sobald die von dem Temperatursensor erfasste Temperatur einen kritischen Wert erreicht. Auf diese Weise können die LED-Chips vorteilhaft über lange Betriebszeiten im Grenzbereich ihrer thermischen Belastbarkeit betrieben werden.
Die Temperaturüberwachung mittels des Temperatursensors ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das LED-Array eine Vielzahl von LED-Chips enthält, da mit der Anzahl der LED-Chips auch die Wärmeentwicklung steigt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das LED-Array mindestens vier LED-Chips. Beispielsweise kann das LED-Array sechs LED-Chips aufweisen.
Bei dem Temperatursensor handelt es sich beispielsweise um einen NTC- oder PTC-Widerstand, ein Halbleiterbauelement oder ein Thermoelement. Wenn die LED-Chips des LED-Arrays auf einen Chipträger montiert sind, ist der Temperatursensor bevorzugt auf dem Chipträger befestigt. Alternativ kann der Temperatursensor auch auf dem Träger angeordnet sein. Die Befestigung des Temperatursensors auf dem Chipträger oder auf dem Träger erfolgt vorzugsweise durch Löten oder Kleben. Um eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen der von dem
Temperatursensor erfassten Temperatur und der Temperatur der Strahlungsemittierenden aktiven Schichten der LED-Chips zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor einen möglichst geringen Abstand zu mindestens einem der LED-Chips aufweist. Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen dem Temperatursensor und mindestens einem LED-Chip des LED-Arrays 5 mm oder weniger, besonders bevorzugt 3 mm oder weniger.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das LED- Modul einen Lichtdetektor, beispielsweise eine Photodiode. Vorteilhaft ist eine Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips durch die Steuereinheit in Abhängigkeit von einer von dem Lichtdetektor gemessenen Lichtstärke vorgesehen. Dazu ist der Lichtdetektor vorzugsweise mit der Steuereinheit verbunden, beispielsweise über Leiterbahnen auf dem Träger.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtdetektor derart angeordnet, dass er zumindest einen Teil der von den LED- Chips emittierten Strahlung, beispielsweise Streustrahlung empfängt. In diesem Fall kann das Signal des Lichtdetektors von der Steuereinheit derart ausgewertet werden, dass durch einen Soll-/Istwertvergleich die von den LED-Chips emittierte Helligkeit auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Lichtdetektor dazu geeignet, die Umgebungshelligkeit zu detektieren. Der Lichtdetektor ist dazu vorzugsweise derart angeordnet und/oder ausgerichtet, dass er vor allem Licht von außerhalb des LED- Moduls detektiert. In diesem Fall trifft vorteilhaft zumindest nur ein geringer Teil der von den LED-Chips des LED-Moduls emittierten Strahlung auf den Lichtdetektor. Ein von der Umgebungslichtstärke abhängiges Signal, das von dem Lichtdetektor an die Steuereinheit geliefert wird, kann von der Steuereinheit insbesondere dazu verwendet werden, den
Betriebsstrom der LED-Chips derart zu regeln, dass die von dem LED-Modul emittierte Lichtstärke an die Umgebungslichtverhältnisse angepasst ist.
Vorteilhaft kann das Signal des Lichtdetektors von der Steuereinheit auch zur Bewirkung eines automatischen Ein- oder Ausschaltvorgangs ausgewertet werden. Beispielsweise kann auf diese Weise bei einem in einem Kfz-Scheinwerfer verwendeten LED- Modul bei verringerter Umgebungshelligkeit, zum Beispiel bei Einfahrt in einen Tunnel oder bei einsetzender Dämmerung, ein automatischer Einschaltvorgang bewirkt werden.
Den LED-Chips des LED-Arrays ist in ihrer Abstrahlrichtung bevorzugt mindestens ein strahlformendes optisches Element nachgeordnet. Vorteilhaft wird die Divergenz der von den LED- Chips emittierten Strahlung durch das strahlformende optische Element vermindert.
Das strahlformende optische Element ist vorzugsweise ein Hohlkörper mit einer den LED-Chips zugewandten Lichteintrittsöffnung und einer der Lichteintrittsöffnung gegenüberliegenden Lichtaustrittsöffnung, wobei zumindest ein Teil der von dem oder den LED-Chip/s emittierten Strahlung an einer Wandung des Hohlkörpers zur Lichtaustrittsöffnung hin reflektiert wird.
Eine vorteilhafte Ausführung des strahlformenden optischen Elements besteht darin, dass sich der Querschnitt des Hohlkörpers von der Lichteintrittsöffnung zu der gegenüberliegenden Lichtaustrittsöffnung hin vergrößert. Weiterhin kann der Hohlkörper eine Symmetrieachse aufweisen, die parallel zu einer Hauptstrahlrichtung der LED-Chips ist. Das strahlformende optische Element kann zum Beispiel ein mit einem Vergussmaterial gefüllter Hohlkörper sein. Bei dem Vergussmaterial handelt es sich bevorzugt um ein UV-stabiles Material, wie beispielsweise Silikon.
Eine Wandung des Hohlkörpers weist bevorzugt eine Krümmung auf, um eine gewünschte optische Funktionalität zu realisieren. Insbesondere kann die Wandung des Hohlkörpers asphärisch, beispielsweise parabolisch, elliptisch oder hyperbolisch, gekrümmt sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das strahlformende optische Element als ein CPC-, CEC- oder CHC- artiger optischer Konzentrator ausgebildet, womit hierbei sowie im folgenden ein Konzentrator gemeint ist, dessen reflektierende Seitenflächen zumindest teilweise und/oder zumindest weitestgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators (Compound Parabolic Concentrator, CPC) , eines zusammengesetzten elliptischen Konzentrators (Compound Elliptic Concentrator, CEC) oder eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators (Compound Hyperbolic Concentrator, CHC) aufweisen. Dabei ist die den LED-Chips zugewandte Oberfläche des Abdeckkörpers der eigentliche Konzentratorausgang, so dass Strahlung, verglichen mit der üblichen Anwendung eines Konzentrators zum Fokussieren, in umgekehrter Richtung durch diesen läuft und somit nicht konzentriert wird, sondern den Abdeckkörper mit verringerter Divergenz durch die gegenüberliegende Oberfläche verlässt.
Eine LED-Beleuchtungseinrichtung gemäß der Erfindung umfasst mehrere der zuvor beschriebenen LED-Module. Ein LED-Modul gemäß der Erfindung kann insbesondere ein Teil eines Kfz-Scheinwerfers sein, wobei der Kfz-Scheinwerfer vorteilhaft mehrere derartige LED-Module enthält. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematisch dargestellte Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls gemäß der Erfindung und
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts entlang der Linie I-II des in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel eines LED-Moduls 11 gemäß der Erfindung enthält ein LED-Array, bei dem sechs LED-Chips 2 auf einen gemeinsamen Chipträger 1 montiert sind.
Die LED-Chips 2 weisen eine aktive Zone auf, die vorzugsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere InxAlyGa]__χ-yN, InxAIyGa]__X_VP oder InxAlyGa]__x_yAs mit (K x<l, 0£y£l und x+y<l, enthält. Die aktive Zone kann als Single- Heterostruktur, Doppel-Heterostruktur, Einfach- Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement" ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit u.a. Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede
Kombination dieser Strukturen.
Der Chipträger 1 besteht bevorzugt aus einer Keramik. Insbesondere kann der Chipträger 1 AlN enthalten. Die LED-Chips 2 des LED-Arrays sind vorzugsweise in Reihe geschaltet. Alternativ können die LED-Chips 2 auch parallel geschaltet sein.
Das LED-Modul 11 weist einen Träger 4 auf, auf den insbesondere der Chipträger 1 mit den LED-Chips 2 montiert ist. Der Träger 4 weist vorzugsweise eine Breite b von 12 mm oder weniger auf. Insbesondere kann es sich bei dem Träger 4 um eine Metallkernplatine handeln, die vorteilhaft als Wärmesenke für die von den LED-Chips 2 erzeugte Wärme fungiert, wobei die von den LED-Chips 2 erzeugte Wärme über den Chipträger 1 an die Metallkernplatine 4 abgegeben wird. In dem Träger 4 können Bohrungen vorgesehen sein, um das LED-Modul beispielsweise mittels Schrauben oder Passstiften in einer Beleuchtungseinrichtung zu montieren.
Auf dem Träger 4 des LED-Moduls 11 ist weiterhin eine Steuereinheit 7 angeordnet. Die Steuereinheit 7 ist beispielsweise ein elektronischer Chip, der vorzugsweise in Flip-Chip-Technologie auf den Träger 4 montiert ist. Die Steuereinheit 7 weist vorteilhaft ein elektronisches Speichermedium 8 zur Speicherung von Betriebsdaten der LED-Chips 2 auf. Der Betriebsstrom der LED-Chips 2 wird von der Steuereinheit 7 in Abhängigkeit von den gespeicherten Betriebsdaten geregelt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 7 ein Mittel zur Erfassung der Betriebsdauer der LED-Chips 2 aufweist, wobei die Betriebsdauer in dem elektronischen Speichermedium 8 gespeichert wird und der Betriebsstrom der LED-Chips 2 in
Abhängigkeit von der Betriebsdauer geregelt ist.
Die Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips 2 in Abhängigkeit von der Betriebsdauer erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass der Betriebsstrom mit zunehmender Betriebsdauer erhöht wird, um eine Abnahme der Helligkeit aufgrund von
Degradationserscheinungen der LED-Chips 2 entgegenzuwirken. Auf diese Weise kann insbesondere erreicht werden, dass die Helligkeit der von den LED-Chips 2 emittierten Strahlung auch nach einer langen Betriebsdauer von beispielsweise mehreren tausend Stunden zumindest nicht wesentlich von einem Ausgangswert zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme abweicht.
Die Helligkeit der von dem LED-Modul 11 emittierten Strahlung ist also vorteilhaft zeitlich konstant. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Lichtstrom von 400 Im aufrecht erhalten wird.
Die Zeitpunkte, zu denen die Betriebsstromstärke der LED-Chips 2 zum Ausgleich von Alterungserscheinungen der LED-Chips jeweils erhöht wird, sind bevorzugt in dem elektronischen Speichermedium 8 der Steuereinheit 7 gespeichert. Eine Erhöhung der Betriebsstromstärke erfolgt also automatisch jeweils dann, wenn die von der Steuereinheit 7 erfasste und aufsummierte Betriebsdauer der LED-Chips 2 mit den voreingestellten Zeitpunkten übereinstimmt. Der Betrag der Erhöhung und die Zeitintervalle, nach denen jeweils eine Erhöhung stattfindet, wird vorteilhaft aus Erfahrungswerten zum Alterungsverhalten der LED-Chips 2, beispielsweise aus einem gemessenen Verlauf der Lichtstärke in Abhängigkeit von der Zeit, bestimmt.
Anstelle einer derartigen stufenweisen Erhöhung der Betriebsstromstärke kann alternativ auch eine kontinuierliche Erhöhung der Betriebsstromstärke in Abhängigkeit von der
Betriebsdauer der LED-Chips 2 vorgesehen sein.
Weiterhin ist mit Vorteil in dem elektronischen Speichermedium 8 der Steuereinheit 7 eine Helligkeitsgruppierung der LED-Chips 2 gespeichert. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass der Betriebsstrom der LED-Chips 2 anhand dieser Information von der Steuereinheit 7 automatisch auf den für eine vorgesehene Helligkeit erforderlichen Wert geregelt werden kann. Dadurch treten vorteilhaft keine wahrnehmbaren Unterschiede in der Helligkeit auf, wenn das LED-Modul 11 neben anderen gleichartigen LED-Modulen angeordnet ist.
Zum Auslesen der gespeicherten Betriebsdaten weist die Steuereinheit 7 vorteilhaft eine Schnittstelle (nicht dargestellt) auf. Insbesondere kann es sich bei der Schnittstelle um eine serielle Schnittstelle handeln. Über die serielle Schnittstelle kann auch eine Programmierung der Steuereinheit 7 erfolgen.
Als externer Anschluss, beispielsweise für die serielle Schnittstelle oder die Stromversorgung der Steuereinheit 7, ist ein Stecker 6 vorgesehen.
Je nach Verwendungszweck des LED-Moduls 11 kann entweder eine Wechselspannung, beispielsweise eine Netzspannung, oder eine Gleichspannung, beispielsweise eine Batteriespannung, insbesondere eine Batteriespannung einer Kraftfahrzeugbatterie, zur Stromversorgung vorgesehen sein. Zur Transformierung der Versorgungsspannung, zum Beispiel mit einem Hochsetzsteller, können auf dem Träger 4 dafür erforderliche elektronische Komponenten, beispielsweise eine Drosselspule 9 und ein Kondensator 10, angeordnet sein. Weiterhin ist auf den Träger 4 des LED-Moduls 11 vorteilhaft ein
Temperatursensor 3 angeordnet, der mit der Steuereinheit 7 verbunden ist. Die Verbindung der auf dem Träger 4 enthaltenen elektronischen Komponenten erfolgt beispielsweise über Leiterbahnen (nicht dargestellt) auf dem Träger 4. Der Temperatursensor 3, beispielsweise ein temperaturabhängiger Widerstand, ein Thermoelement oder ein Halbleiterbauelement mit temperaturabhängigen Eigenschaften, steht in thermischem Kontakt mit den LED-Chips 2, beispielsweise durch Wärmeleitung oder Konvektion. Insbesondere dient der Temperatursensor dazu, bei Überschreiten einer kritischen Temperatur eine Verminderung des Betriebstroms der LED-Chips 2 durch die Steuereinheit 7 zu bewirken.
Weiterhin enthält das LED-Modul 11 bevorzugt einen Lichtdetektor 5, der beispielsweise auf dem Chipträger 1 angeordnet und mit der Steuereinheit 7 verbunden ist. Der Lichtdetektor 5 ist beispielsweise auf dem Chipträger 1 angeordnet, um zumindest einen Teil der von den LED-Chips 2 emittierten Strahlung zu empfangen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Signal des Lichtdetektors 5 von der Steuereinheit 7 derart ausgewertet wird, dass durch einen Soll-/Istwertvergleich die von den LED- Chips 2 emittierte Helligkeit auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.
Alternativ könnte der Lichtdetektor 5 auch an anderer Stelle auf dem Träger 4 montiert sein, um beispielsweise die Umgebungshelligkeit oder zumindest einen Teil der von eventuell vorhandenen benachbarten LED-Modulen emittierten Strahlung zu empfangen. In diesem Fall kann das von dem Lichtdetektor 5 erzeugte Signal von der Steuereinheit 7 derart ausgewertet werden, dass der Betriebsstrom der LED-Chips 2 derart geregelt wird, dass die von dem LED-Modul 11 emittierte Lichtstärke an die Umgebungslichtverhältnisse angepasst ist. Zur Strahlformung der von den LED-Chips 2 emittierten Strahlung ist vorteilhaft mindestens ein optisches Element 12 vorgesehen. Insbesondere kann ein optisches Element 12 vorgesehen sein, das die Divergenz der von den LED-Chips 2 emittierten Strahlung verringert. Beispielsweise kann es sich bei dem optischen Element 12 um nicht abbildenden optischen Konzentrator handeln, der vorzugsweise sehr nah an den LED-Chips 2 angeordnet oder sogar auf diese aufgesetzt ist.
Der nicht abbildende optische Konzentrator ist bevorzugt ein CPC-, CEC- oder CHC-artiger optischer Konzentrator, dessen reflektierende Seitenwände zumindest teilweise und/oder zumindest weitestgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators (Compound parabolic concentrator, CPC) , eines zusammengesetzten elliptischen Konzentrators (Compound elliptic concentrator, CEC) und/oder eines zusammengesetzten hyperbolischen Konzentrators (Compound hyperbolic concentrator, CHC) aufweisen.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Äusführungsbeispielen angegeben ist. Beispielsweise können auf dem Träger 4 auch mehrere LED-Arrays und mehrere Steuervorrichtungen 7 angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche
1. LED-Modul (11) mit mindestens einem LED-Array aus mehreren LED-Chips (2) und mindestens einer Steuereinheit (7) zur Regelung eines Betriebsstroms der LED-Chips (2), dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (7) auf einem Träger (4) des LED-Moduls (11) angeordnet ist und ein elektronisches Speichermedium (8) zur Speicherung von Betriebsdaten der LED- Chips (2) aufweist, und eine Regelung des Betriebsstroms in Abhängigkeit von den gespeicherten Betriebsdaten vorgesehen ist.
2. LED-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (7) ein Mittel zur Erfassung der Betriebsdauer der LED-Chips (2) aufweist, wobei die Betriebsdauer in dem elektronischen Speichermedium (8) gespeichert wird und der Betriebsstrom der LED-Chips (2) in Abhängigkeit von der Betriebsdauer geregelt ist.
3. LED-Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhung des Betriebsstroms der LED-Chips (2) mit zunehmender Betriebsdauer vorgesehen ist.
4. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Helligkeitsgruppierung der LED-Chips (2) in dem elektronischen Speichermedium (8) gespeichert ist.
5. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul (11) eine Schnittstelle zum Auslesen der gespeicherten Betriebsdaten und/oder zur Programmierung der mindestens einen Steuereinheit (7) aufweist.
6. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger (4) des LED-Moduls (11) ein Mittel zur Transformierung einer Versorgungsspannung auf eine zum Betrieb des LED-Arrays vorgesehene Betriebsspannung angeordnet ist.
7. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul (11) einen Temperatursensor (3) enthält.
8. LED-Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips (2) in Abhängigkeit von einer von dem Temperatursensor (3) gemessenen Temperatur vorgesehen ist.
9. LED-Modul nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen mindestens einem der LED-Chips (2) und dem Temperatursensor (3) 5 mm oder weniger beträgt.
10. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Modul einen Lichtdetektor (5) enthält.
11. LED-Modul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtdetektor (5) ein Umgebungslichtdetektor ist.
12. LED-Modul nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelung des Betriebsstroms der LED-Chips (2) in Abhängigkeit von einer von dem Lichtdetektor (5) gemessenen Lichtstärke vorgesehen ist.
13. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine LED-Array einen Chipträger (1) umfasst, auf dem die LED-Chips (2) angeordnet sind,- wobei der Chipträger (1) auf dem Träger (4) angeordnet ist.
14. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (4) eine Breite von 12 mm oder weniger aufweist.
15. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine LED-Array mindestens 4 LED-Chips (2) enthält.
16. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine LED-Array mindestens ein optisches Element (12) zur Strahlformung der von den LED-Chips (2) emittierten Strahlung aufweist.
17. LED-Modul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element (12) ein nicht abbildender optischer Konzentrator ist.
18. LED-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Teil eines Kfz-Scheinwerfers ist.
19. LED-Beleuchtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere LED-Module (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 umfasst .
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