WO2012126739A1 - Beleuchtungseinrichtung und fahrzeugscheinwerfer mit beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Beleuchtungseinrichtung und fahrzeugscheinwerfer mit beleuchtungseinrichtung Download PDF

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Oliver Hering
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    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S45/00—Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40—Cooling of lighting devices
    • F21S45/47—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/151—Light emitting diodes [LED] arranged in one or more lines

Definitions

  • Lighting device and vehicle headlight with lighting device are Lighting device and vehicle headlight with lighting device
  • the invention relates to a lighting device according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a lighting device is disclosed, for example, in WO 2009/037053 Al.
  • This document describes an illumination device with at least one semiconductor light source arrangement, which is thermally coupled by means of a carrier on which it is mounted to two heat sinks which form power supply lines for the semiconductor light source arrangement mounted on the carrier.
  • the object of the invention to provide a generic BL LEVEL ⁇ processing device with an improved heat sink.
  • the lighting device has Minim ⁇ least one semiconductor light source assembly which is mounted on a first region of a cooling body, wherein the first portion of the heat sink forms a first current supply for the at least one semiconductor light source arrangement and a second region of the heat sink which is electrically insulated from the first region of the Heatsink is executed, a second power supply for the at least one semiconductor light source arrangement is formed.
  • At least a half ⁇ conductor light source assembly is mounted on the first portion of the heat sink and the first region of the cooling element thus serves as a carrier for the at least one Halbleiterlichtquel ⁇ lena order, is a good thermal coupling Zvi ⁇ rule of the at least one semiconductor light source arrangement and the first portion of the Heat sink manufactured, so that thereby generated by the at least one semiconductor light source arrangement heat can be dissipated very efficiently over the first Be ⁇ rich of the heat sink to the environment.
  • the first portion of the cooling body may be metal ⁇ lisch and massive than the second region of the heat sink is formed so that the first area of the heat sink has a comparatively high heat capacity, thereby forming an efficient heat sink for the at least one semiconducting ⁇ terlichtizonan Aunt.
  • the first region of the heat sink can be equipped with a heat pipe arrangement or with cooling fins in order to allow good heat dissipation to the environment.
  • the second portion of the heat sink is thermally coupled to the first portion of the cooling body to ermögli ⁇ chen efficient heat dissipation to the environment.
  • the first and second regions of the heat sink can be connected to one another via a heat-conducting, electrically insulating ceramic.
  • the invention prestseinrich ⁇ processing electronics for operation of at least a semi-conductor ⁇ light source arrangement and the at least a half ⁇ conductor light source assembly is connected by the first and second current supply with these electronics.
  • a plurality of semiconductor light source assembly are preferably mounted so that the first area of the heat sink forms a common power supply for the semiconducting ⁇ terlichtánnan füren.
  • the first region of the heat sink serves as a carrier and heat sink for a plurality of semiconductor light source arrangements.
  • a common Ver ⁇ bond the semiconductor light source arrangement is made possible to a ground reference potential of the electronics means of the first portion of the heat sink.
  • the heat sink of the illumination device advantageously comprises a plurality of spaced electrically isolated regions, each of which forms a second current supply for at least one of the Halbleiterlichtquel ⁇ lena orders.
  • Figure 1 is a plan view of a lighting device according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of the semiconductor light source arrangement of the illumination device depicted in FIG.
  • the figures show schematic representations of a Favor ⁇ th embodiment of the lighting device ⁇ invention which is intended for use in a headlamp for a motor vehicle, for example, the Lighting functions low beam, high beam, fog light, daytime running lights, position light or parking light so ⁇ to realize ⁇ .
  • This illumination device has two semiconductor light source arrangements 1 and a heat sink 2 and an electronic unit 3 for operating the semiconductor light source arrangement.
  • the heat sink 2 is formed approximately columnar and fixed with a first end to a housing of the electronics 3.
  • the other, second end of the heat sink 2 has in a spatial direction perpendicular to the longitudinal extension of the heat sink 2 has a greater thickness than its first end.
  • the heat sink 2 has a first region 21 which extends from the first end to the second end over the entire length of the heat sink 2 and consists of metal, preferably of copper or aluminum.
  • the first region 21 of the heat sink 2 has a substantially rectangular cross-section and has two near the second end of the heat sink 2 angeord ⁇ designated oblique surfaces 210, on each of which one of the semiconductor light source assemblies 1 is mounted.
  • a semiconductor light source arrangement 1 is mounted on the inclined surface 210 at the top of the first region 21 of the heat sink 2, while the other semiconductor light source arrangement is mounted on the inclined surface on the underside, which is not visible in FIGS. 1 and 2 of the first region 21 of the heat sink 2 is mounted.
  • the first region 21 of the cooling body 2 serves as a support, a heat sink and as a common first current supply for the semiconductor light source devices 1.
  • the semiconductor light source assemblies 1 have in each case a first terminal wire 10 of the respective half- ⁇ conductor light source assembly 1 electrically connected to the first region 21 of the heat sink combines.
  • a side face of the first region 21 of the heat sink 2 arranged perpendicular to the inclined surfaces 210 is provided with an electrically insulating, heat-conducting layer 4 of ceramic or another electrically insulating material.
  • an electrically insulating, heat-conducting layer 4 of ceramic or another electrically insulating material.
  • two mutually parallel and separated by a gap 40 further regions 22, 23 of the heat sink 2 are arranged, which consist of metal, preferably of copper or aluminum.
  • the other areas 10 22, 23 of the heat sink 2 are electrically isolated from each other and each extend over the entire length of the cooling ⁇ body 2. They extend from the first end to the second end of the heat sink. 2
  • a second connecting wire 10 'of the first semiconductor light source arrangement 1 is connected to the second region 22 of the heat sink 2, and a second connecting wire of the second, not visible in FIGS. 1 and 2, semiconductor light source arrangement is connected to the third region 23 of the heat sink 2 , The second region 22 of the heat sink 2
  • the first semiconductor light source arrangement 1 is thus connected through the connection wires 10,
  • the first region 21 and the second region 22 of the heat sink 2 are connected to the electronics 3, while the second semiconductor light source arrangement is connected to the electronics 3 through its connecting wires by means of the first region 21 and the third region 23 of the heat sink 2.
  • the first and second semiconductor light source arrangement 1 can therefore be controlled and operated separately from each other.
  • the first region 21 of the heat sink 2 is electrically insulated from the further regions 22, 23 of the heat sink 2 and has larger dimensions perpendicular to its longitudinal ⁇ direction and a larger mass than the other areas 22, 23 of the heat sink 2, to form an effective heat sink for the semiconductor light source assemblies 1 can.
  • the semiconductor light source assemblies 1 each consist of five in a row on a metal core printed circuit board arranged light-emitting diodes chips 11, 12, 13, 14, 15 which emit during their Be ⁇ drive white light.
  • further semiconductor light source arrangements can be mounted on the first region 21 of the heat sink 2 and further electrically insulated regions of the heat sink 2 can be provided, which serve as second power supply lines for the additional semiconductor light source arrangements.
  • These further regions of the heat sink 2 may be arranged in the manner of a lamellar, for example, by means of further insulating layers on a side face of the heat sink 2 extending perpendicular to the surfaces 210.
  • the semiconductor light source arrangements can also have white light-generating laser diodes instead of light-emitting diodes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquellenanordnung (1), die an einem Kühlkörper (2), der Stromzuführungen für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) ausbildet, fixiert ist, wobei die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) auf einem ersten Bereich (21) des Kühlkörpers (2) montiert ist, der eine erste Stromzuführung für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) ausbildet, und ein zweiter Bereich (22) des Kühlkörpers (2), der elektrisch isoliert von dem ersten Bereich (21) des Kühlkörpers (2) ausgeführt ist, eine zweite Stromzuführung für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) ausbildet.

Description

Beschreibung
Beleuchtungseinrichtung und Fahrzeugscheinwerfer mit Beleuchtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
I . Stand der Technik
Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der WO 2009/037053 AI offenbart. Diese Schrift beschreibt ei- ne Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquellenanordnung, die mittels eines Trägers, auf dem sie montiert ist, thermisch an zwei Kühlkörper gekoppelt ist, die Stromzuführungen für die auf dem Träger montierte Halbleiterlichtquellenanordnung ausbilden.
11. Darstellung der Erfindung Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Beleuch¬ tungseinrichtung mit einem verbesserten Kühlkörper bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungs¬ einrichtung mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 ge- löst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt mindes¬ tens eine Halbleiterlichtquellenanordnung, die auf einem ersten Bereich eines Kühlkörpers montiert ist, wobei der erste Bereich des Kühlkörpers eine erste Stromzuführung für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung ausbildet und ein zweiter Bereich des Kühlkörpers, der elektrisch isoliert von dem ersten Bereich des Kühlkörpers ausgeführt ist, eine zweite Stromzuführung für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung ausbildet. Da die mindestens eine Halb¬ leiterlichtquellenanordnung auf dem ersten Bereich des Kühlkörpers montiert ist und der erste Bereich des Kühlkörpers somit als Träger für die mindestens eine Halbleiterlichtquel¬ lenanordnung dient, wird eine gute thermische Kopplung zwi¬ schen der mindestens einen Halbleiterlichtquellenanordnung und dem ersten Bereich des Kühlkörpers hergestellt, so dass dadurch die von der mindestens einen Halbleiterlichtquellenanordnung generierte Wärme sehr effizient über den ersten Be¬ reich des Kühlkörpers an die Umgebung abgeführt werden kann. Insbesondere kann der erste Bereich des Kühlkörpers metal¬ lisch und massiver als der zweite Bereich des Kühlkörpers ausgebildet sein, so dass der erste Bereich des Kühlkörpers eine vergleichsweise hohe Wärmekapazität besitzt und dadurch eine effiziente Wärmesenke für die mindestens eine Halblei¬ terlichtquellenanordnung bildet. Zusätzlich kann der erste Bereich des Kühlkörpers mit einer Heatpipe-Anordnung oder mit Kühlrippen ausgestattet sein, um eine gute Wärmeableitung an die Umgebung zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise ist der zweite Bereich des Kühlkörpers thermisch an den ersten Bereich des Kühlkörpers gekoppelt, um eine effiziente Wärmeableitung an die Umgebung zu ermögli¬ chen. Beispielsweise können zu diesem Zweck der erste und zweite Bereich des Kühlkörpers über eine Wärme leitende, elektrisch isolierende Keramik miteinander verbunden sein.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrich¬ tung eine Elektronik zum Betrieb der mindestens einen Halb¬ leiterlichtquellenanordnung auf und die mindestens eine Halb¬ leiterlichtquellenanordnung ist durch die erste und zweite Stromzuführung mit dieser Elektronik verbunden. Auf dem ersten Bereich des Kühlkörpers der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind vorzugsweise mehrere Halbleiterlichtquellenanordnung montiert, so dass der erste Bereich des Kühlkörpers eine gemeinsame Stromzuführung für die Halblei¬ terlichtquellenanordnungen ausbildet. Dadurch dient der erste Bereich des Kühlkörpers als Träger und Wärmesenke für mehrere Halbleiterlichtquellenanordnungen. Außerdem wird dadurch mittels des ersten Bereichs des Kühlkörpers eine gemeinsame Ver¬ bindung der Halbleiterlichtquellenanordnung zu einem Massebezugspotenzial der Elektronik ermöglicht.
Um eine separate Steuerung der auf dem ersten Bereich des Kühlkörpers montierten Halbleiterlichtquellenanordnung zu ermöglichen, weist der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung vorteilhafterweise mehrere voneinander elektrisch isolierte Bereiche auf, die jeweils eine zweite Stromzuführung für mindestens eine der Halbleiterlichtquel¬ lenanordnungen bilden.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Aus¬ führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine Draufsicht auf eine Beleuchtungseinrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 2 Eine vergrößerte Darstellung der Halbleiterlicht¬ quellenanordnung der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung
Die Figuren zeigen schematische Darstellungen eines bevorzug¬ ten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Beleuchtungs¬ einrichtung, die für den Einsatz in einem Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, um beispielsweise die Beleuchtungsfunktionen Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Tagfahrlicht, Positionslicht oder Parklicht damit zu verwirk¬ lichen .
Diese Beleuchtungseinrichtung weist zwei Halbleiterlichtquel- lenanordnungen 1 und einen Kühlkörper 2 sowie eine Elektronik 3 zum Betrieb der Halbleiterlichtquellenanordnung auf. Der Kühlkörper 2 ist annähernd säulenartig ausgebildet und mit einem ersten Ende an einem Gehäuse der Elektronik 3 fixiert. Das andere, zweite Ende des Kühlkörpers 2 besitzt in einer Raumrichtung senkrecht zur Längserstreckung des Kühlkörpers 2 eine größere Dicke als sein erstes Ende. Der Kühlkörper 2 weist einen ersten Bereich 21 auf, der sich vom ersten Ende bis zum zweiten Ende über die gesamte Länge des Kühlkörpers 2 erstreckt und aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer oder Alumi- nium, besteht. Der erste Bereich 21 des Kühlkörpers 2 weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und besitzt zwei nahe des zweiten Endes des Kühlkörpers 2 angeord¬ nete, schräg verlaufende Oberflächen 210, auf denen jeweils eine der Halbleiterlichtquellenanordnungen 1 montiert ist. In der Darstellung der Figuren 1 und 2 ist eine Halbleiterlichtquellenanordnung 1 auf der schräg verlaufenden Oberfläche 210 an der Oberseite des ersten Bereichs 21 des Kühlkörpers 2 montiert, während die andere Halbleiterlichtquellenanordnung auf der schräg verlaufenden Oberfläche an der in den Figuren 1 und 2 nicht sichtbaren Unterseite des ersten Bereichs 21 des Kühlkörpers 2 montiert ist. Der erste Bereich 21 des Kühlkörpers 2 dient als Träger, Wärmesenke und als gemeinsame erste Stromzuführung für die Halbleiterlichtquellenanordnungen 1. Die Halbleiterlichtquellenanordnungen 1 besitzen je- weils einen ersten Anschlussdraht 10, der die jeweilige Halb¬ leiterlichtquellenanordnung 1 mit dem ersten Bereich 21 des Kühlkörpers elektrisch leitend verbindet. r
b
Eine senkrecht zu den schräg verlaufenden Oberflächen 210 angeordnete Seitenfläche des ersten Bereichs 21 des Kühlkörpers 2 ist mit einer elektrisch isolierenden, Wärme leitenden Schicht 4 aus Keramik oder einem anderen elektrisch isolie- b renden Material versehen. Auf der elektrisch isolierenden Schicht 4 sind zwei parallel zueinander verlaufende und durch einen Spalt 40 voneinander getrennte weitere Bereiche 22, 23 des Kühlkörpers 2 angeordnet, die aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium, bestehen. Die weiteren Bereiche 10 22, 23 des Kühlkörpers 2 sind elektrisch isoliert voneinander und erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge des Kühl¬ körpers 2. Sie reichen vom ersten Ende bis zum zweiten Ende des Kühlkörpers 2.
Ein zweiter Anschlussdraht 10' der ersten Halbleiterlicht- lb quellenanordnung 1 ist mit dem zweiten Bereich 22 des Kühlkörpers 2 verbunden und ein zweiter Anschlussdraht der zwei¬ ten, in den Figuren 1 und 2 nicht sichtbaren Halbleiterlichtquellenanordnung ist mit dem dritten Bereich 23 des Kühlkörpers 2 verbunden. Der zweite Bereich 22 des Kühlkörpers 2
20 dient als zweite Stromzuführung für die erste Halbleiterlichtquellenanordnung 1 und der dritte Bereich 23 des Kühlkörpers 2 dient als zweite Stromzuführung für die zweite Halbleiterlichtquellenanordnung. Die erste Halbleiterlichtquellenanordnung 1 ist somit durch die Anschlussdrähte 10,
2b 10' und den ersten Bereich 21 sowie den zweiten Bereich 22 des Kühlkörpers 2 an die Elektronik 3 angeschlossen, während die zweite Halbleiterlichtquellenanordnung durch ihre Anschlussdrähte mittels des ersten Bereichs 21 und des dritten Bereichs 23 des Kühlkörpers 2 an die Elektronik 3 angeschlos-
30 sen ist. Die erste und zweite Halbleiterlichtquellenanordnung 1 können daher getrennt voneinander angesteuert und betrieben werden. Der erste Bereich 21 des Kühlkörpers 2 ist elektrisch isoliert von den weiteren Bereichen 22, 23 des Kühlkörpers 2 und besitzt größere Abmessungen senkrecht zu seiner Längs¬ richtung und eine größere Masse als die weiteren Bereiche 22, 23 des Kühlkörpers 2, um eine effektive Wärmesenke für die Halbleiterlichtquellenanordnungen 1 bilden zu können. Die Halbleiterlichtquellenanordnungen 1 bestehen jeweils aus fünf in einer Reihe auf einer Metallkernplatine angeordneten Leuchtdiodenchips 11, 12, 13, 14, 15, die während ihres Be¬ triebs weißes Licht emittieren.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläu- terte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise können noch weitere Halbleiterlichtquellenanordnungen auf dem ersten Bereich 21 des Kühlkörpers 2 montiert sein und weitere elektrisch von¬ einander isolierte Bereiche des Kühlkörpers 2 vorgesehen sein, die als zweite Stromzuführungen für die zusätzlichen Halbleiterlichtquellenanordnungen dienen. Diese weiteren Bereiche des Kühlkörpers 2 können beispielsweise durch weitere Isolierschichten lamellenartig an einer senkrecht zu den Oberflächen 210 verlaufenden Seitenfläche des Kühlkörpers 2 angeordnet sein. Außerdem kann im ersten Bereich 21 des Kühl- körpers 2 eine in Längsrichtung verlaufende Heatpipe angeord¬ net sein, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen. Ferner können die Halbleiterlichtquellenanordnungen anstelle von Leuchtdioden auch weißes Licht erzeugende Laserdioden aufweisen.

Claims

Ansprüche
Beleuchtungseinrichtung mit mindestens einer Halbleiterlichtquellenanordnung (1), die an einem Kühlkörper (2), der Stromzuführungen für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) ausbildet, fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) auf einem ersten Bereich (21) des Kühlkörpers (2) montiert ist, der eine erste Stromzuführung für die mindestens eine Halbleiterlichtquellenanordnung (1) ausbildet, und ein zweiter Bereich (22) des Kühlkörpers (2), der elektrisch isoliert von dem ersten Bereich (21) des Kühlkörpers (2) ausgeführt ist, eine zweite Stromzuführung für die mindestens eine Halbleiterlicht¬ quellenanordnung (1) ausbildet.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich (22) des Kühlkörpers (2) thermisch an den ersten Bereich (21) des Kühlkörpers (2) gekoppelt ist .
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Elektronik (3) zum Betrieb der mindestens einen Halbleiterlichtquellenanord¬ nung (1) aufweist, wobei die Elektronik (3) durch die erste und zweite Stromzuführung mit der mindestens ei¬ nen Halbleiterlichtquellenanordnung (1) verbunden ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mehrere Halbleiterlichtquellenanordnungen (1) auf dem ersten Bereich (21) des Kühlkörpers (2) montiert sind und der erste Bereich (21) des Kühlkörpers (2) eine gemeinsame erste Stromzuführung für die Halb¬ leiterlichtquellenanordnungen (1) ausbildet.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, wobei der Kühlkörper (2) mehrere voneinander elektrisch isolierte Bereiche (22, 23) besitzt, die jeweils eine zweite Stromzuführung für mindestens eine der Halbleiterlicht¬ quellenanordnungen (1) ausbilden.
Fahrzeugscheinwerfer mit mindestens einer Beleuchtungs¬ einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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