WO2020043593A1 - Led-flächenlichtquelle - Google Patents

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WO2020043593A1
WO2020043593A1 PCT/EP2019/072480 EP2019072480W WO2020043593A1 WO 2020043593 A1 WO2020043593 A1 WO 2020043593A1 EP 2019072480 W EP2019072480 W EP 2019072480W WO 2020043593 A1 WO2020043593 A1 WO 2020043593A1
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WO
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light source
surface light
led
led surface
source according
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PCT/EP2019/072480
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English (en)
French (fr)
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Sebastian Wehrmeister
Andreas Rausch
Simon Schwalenberg
Karsten Diekmann
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Osram Oled GmbH
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Osram Oled GmbH
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10W90/00—Package configurations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
    • F21S43/13—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S43/14—Light emitting diodes [LED]
    • F21S43/145—Surface emitters, e.g. organic light emitting diodes [OLED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S43/00—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights
    • F21S43/20—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S43/26—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S43/235 - F21S43/255
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/8506—Containers

Definitions

  • the application relates to an LED area light source, for example for applications in the automotive sector
  • a vehicle rear light is provided, in particular as a vehicle rear light.
  • One task to be solved is to provide an improved LED area light source which is characterized in particular by a fine segmentation, a high contrast and the suitability for realizing different ones
  • the LED area light source comprises a printed circuit board and a plurality of LEDs which are arranged on the printed circuit board.
  • the LED area light source is in particular a multicolor LED area light source that contains differently colored LEDs. This makes it possible to implement different lighting situations and / or to display different symbols.
  • the LEDs are in particular light-emitting semiconductor chips, which are preferably based on inorganic semiconductor materials such as arsenide, phosphide or
  • Nitride compound semiconductors are based. This enables a cost-effective realization of the LED area light source.
  • the LEDs can be LED chips in an LED housing, those with the LED housing on the circuit board
  • the LEDs are mounted. Alternatively, however, it is also possible for the LEDs to be mounted directly on the circuit board as LED chips without a further housing.
  • the LEDs are in a multiplicity of
  • Each segment can contain one or more LEDs. It is possible, for example, that selected segments or all segments each contain at least two or at least three LEDs of different colors, so that these segments are suitable for emitting light with at least two or at least three different colors. It is possible, for example, for the LED surface light source to have differently colored LEDs of the colors red, green and blue
  • the segments in the case of the LED area light source each have a diffuser
  • At least one LED is scattered in the respective segment, so that the segment is homogeneously illuminated.
  • the light emission areas of the LEDs are smaller than that
  • the diffuser contributing to the fact that the light emission surfaces of the LEDs are not recognizable as such when the LED surface light source is viewed, but rather that the segment as a whole is illuminated homogeneously.
  • the opaque partition walls create an optical cross talk between neighboring ones
  • Segments prevented i.e. the light of one segment cannot couple into neighboring segments.
  • the segments are therefore advantageously clearly delimited from one another, the contrast not being caused by the coupling of light
  • segment diffuser can also be separated from each other, i.e. the diffuser is advantageously analogous to the segments
  • the diffuser is filled between the opaque partitions
  • Diffuser material for example a silicone encapsulation with scattering particles contained therein.
  • Partitions thus form an optical barrier both for the direct radiation from the LEDs and for the radiation scattered within the segments.
  • opaque partitions can in particular be formed by a coherent grid.
  • the opaque partitions formed by the grid define the segments of the LED surface light source.
  • the grid is preferably carried out in one piece.
  • the lattice can be a component that can be produced separately
  • the grid can be applied to the circuit board before or after the LEDs have been mounted on the circuit board. It is possible, for example, that the grid is on the
  • PCB is glued, preferably a
  • Partitions can penetrate.
  • the height of the opaque partition walls is preferably between 2 mm and 7 mm, for example about 5 mm. It has
  • the height of the partition walls is between 2 mm and 7 mm, preferably between 4 mm and 6 mm, for example about 5 mm. According to at least one embodiment, the
  • the opaque partition walls can have a reflective metal such as aluminum or silver or be coated with it.
  • the light-reflecting partition walls have the advantage that incident light rays are reflected and again passed through the diffuser before they finally leave the LED area light source.
  • the opaque partitions are formed by a grid which has or consists of aluminum.
  • the grating is advantageously characterized by high reflection, good mechanical stability and
  • the grating that forms the opaque partition walls is made of a plastic that
  • the opaque partition walls is preferably colored white. In this way, for example, a uniform diffuse reflection of all colors of the visible spectrum can be achieved. It is also possible for the opaque partition walls to have a reflection-increasing coating,
  • the number of segments of the LED area light source is at most 100,000, preferably at most 50,000 and particularly preferably at most 10,000.
  • the number of segments is therefore less than the typical number of pixels in LED displays.
  • the LED surface light source described here is not a conventional LED display, but rather a segmented LED surface light source that, for example, the rear light of a motor vehicle
  • the number of segments be at least 100, at least 500 or even at least 1000.
  • the number of segments in this case is
  • the segments have a base area of at least 2 mm 2 and preferably less than 4 cm 2 . This enables in particular the display of different symbols, even if the resolution is lower than with high-resolution LED displays.
  • the segments have a triangular base area.
  • other shapes for the base area of the segments are also conceivable.
  • the segments can in particular be arranged in a matrix,
  • the diffuser is a potting material that contains scattering particles.
  • Potting material can be filled into a cavity above the LEDs delimited by the partition walls, in particular after the LEDs have been mounted on the printed circuit board and the grid which forms the opaque partition walls has been applied.
  • the potting material can in particular be a silicone that contains scattering particles.
  • the scattering particles can in particular have a metal oxide such as Al2O3 or Ti02. The concentration of the scattering particles in the
  • Potting material is preferably between 0.05% and 0.5% by weight, particularly preferably between 0.1% and 0.3% by weight. - %.
  • the diffuser is a light-scattering film.
  • the light-scattering film can contain scattering particles and / or a light-scattering one
  • the light-scattering film is arranged above the LEDs in the direction of radiation and can, for example, cover the grating that forms the opaque partition walls or between the
  • the light-scattering film can advantageously be segmented or structured in order to prevent cross-talk between individual segments.
  • the slide can
  • the light-diffusing film is already opaque during manufacture
  • Partitions are inserted according to the shape of the segments. It is also possible for the light-scattering film to be locally punched or thinned in order to at least partially suppress the light transfer between segments.
  • the LED surface light source has a partially reflective layer which is arranged above the opaque partition walls.
  • the partially reflecting layer can in particular be applied to the grating which forms the opaque partition walls.
  • the partially reflective layer is
  • the degree of reflection of the partially reflecting layer can be, for example, at least 20%, at least 30% or at least 40% and in particular at most 50%, at most 60% or at most 70%. In this way, the appearance of the LED surface light source in particular
  • the LED surface light source is at least partially curved.
  • the at least partially curved shape of the LED area light source enables in particular the adaptation of the outer contour of the LED area light source to the medium into which the LED area light source is installed.
  • the shape of the LED surface light source can match the outer contour of a
  • the LED surface light source is provided, for example, as a rear light.
  • the printed circuit board is a flexible printed circuit board.
  • the circuit board can in particular be a flexible printed circuit board, which is also referred to as a flex PCB.
  • the high flexibility of a Flex-PCB enables a high flexibility of the component geometry (curved, bent, twisted, offset) compared to rigid printed circuit boards. It should also be noted that Flex-PCBs due to their wide application in the
  • the printed circuit board has control electronics or is connected to control electronics which are set up to control the LEDs individually or in groups. In particular, it is provided that depending on what is to be realized
  • Illumination state not all LEDs of the LED area light source are operated simultaneously, but at least temporarily only individual LEDs or groups of LEDs that do not include all LEDs.
  • the control electronics can be arranged outside the LED area light source or integrated on the circuit board.
  • the LED area light source contains LEDs of different colors. Individual segments preferably each have at least two LEDs
  • LEDs of different colors come in
  • the LEDs can in particular be semiconductor chips which are based on III-V compound semiconductor materials.
  • the LED area light source is a vehicle rear light.
  • the LED surface light source can in particular be a combination rear lamp (RCL, Rear Combination Lamp), which has several different lighting functions.
  • the vehicle rear light is preferably a combination rear light which has at least the following functions: rear light, brake light and turn signal light. It is possible that the vehicle rear light in addition to these functions Features, especially the ability to display different symbols. For example, it is conceivable for the vehicle rear light to display a warning signal. In the case of an electric car, it is possible to display the charging status or a in the rear light
  • LEDs of different colors or a different number of LEDs are controlled, and / or the LEDs can be operated with different currents to vary the luminance.
  • Figure 1 is a schematic side view of an example
  • FIG. 2A shows a schematic plan view of the grid of FIG.
  • FIG. 2B shows a schematic side view of the grid
  • Figure 3A is a schematic plan view of an individual
  • Figure 3B is a schematic plan view of an individual
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a cross section through two segments of the LED surface light source
  • FIG. 6 shows a plan view of a single segment of the LED area light source
  • FIG. 7 shows a graphic representation of the uniformity U and the efficiency E as a function of the height H of the opaque partition walls
  • Figure 8 is a bar graph showing the uniformity and the
  • Figure 9 is a graphical representation of the uniformity U and the efficiency E as a function of the height H of the opaque partition walls for
  • Figure 10 is a graphical representation of the uniformity U and the efficiency E as a function of the height H of the opaque partition walls for
  • FIG. 11 shows an example of a symbol that can be represented with the LED surface light source
  • FIG. 12 shows another example of a symbol that can be represented with the LED surface light source.
  • the LED surface light source 10 is shown in different views in FIGS. 1 to 6.
  • the LED surface light source 10 is the rear light of a vehicle, in particular a car.
  • FIG. 1 schematically shows a side view of the LED area light source 10.
  • the LED area light source 10 comprises a circuit board 3 on which a plurality of LEDs
  • the LEDs on the printed circuit board 3 are not visible in FIG. 1, since they are covered by the side wall of a grid 4 which is arranged on the printed circuit board 3.
  • the circuit board 3 is a flexible one
  • Printed circuit board especially around a so-called flex PCB.
  • the use of a flexible printed circuit board 3 has the advantage that the LED surface light source 10 can have a curved shape, at least in some areas.
  • Surface light source 10 can have a holder 1, which has an at least partially curved surface.
  • the shape of the holder 1 can, for example, be adapted to the outer contour of a vehicle.
  • the flexible printed circuit board 3 is arranged on the holder 1, a rear plate 2, between the flexible printed circuit board 3 and the holder 1,
  • a metal sheet can be arranged.
  • the flexible circuit board 3 contains the conductor tracks for contacting the plurality of LEDs.
  • Printed circuit board 3 can be connected to control electronics, which are set up to different
  • Illumination functions with the LED surface light source 10 realize. It is possible for the control electronics or parts thereof to be integrated on the flexible printed circuit board 3.
  • a grid 4 is arranged above the flexible printed circuit board 3 with the LEDs arranged thereon, which is shown in FIG. 2A in a top view and in FIG. 2B in a side view.
  • the grid 4 has a grid structure which divides the LED surface light source 10 into a plurality of segments 6.
  • the number of segments 6 is advantageously not more than 100,000, not more than 50,000 or not more than 10,000.
  • the number of segments 6 can be approximately 1,000.
  • the segments 6 have a triangular base area. It is alternatively possible for the segments 6 to have a different shape of the base area,
  • the base area of the segments can be, for example, between 2 mm 2 and 4 cm 2 . It is also possible for the shape and / or the size of the segments 6 to vary over the area of the LED area light source 10. As can be seen in the side view of FIG. 2B, the grid 4 is at least in certain areas corresponding to the shape of the holder 1 underneath and the flexible printed circuit board 3
  • PCB 3 connects.
  • the grid 4 can in particular be made of a metal such as
  • Example aluminum or be formed from a plastic.
  • the grid 4 forms opaque partitions 8, which delimit the segments 6.
  • the opaque partitions 8 extend in particular perpendicular to
  • Main surface of the grating 4 extend, for example, to additionally influence the light radiation in this way.
  • FIG. 3A shows an example of a single segment 6 of the grid 4 with the LED 7 arranged therein in a plan view.
  • the segment 6 is from the
  • the LED 7 is arranged on the printed circuit board 3, which forms the bottom of the segment 6.
  • the LED 7 is connected to the circuit board 3 by contacts 71, 72.
  • the LED 7 has an LED housing.
  • LED 7 An example of the LED 7 is shown in detail in FIG.
  • an LED chip 74 is arranged in an LED housing 73.
  • the LED housing 73 can be formed from a plastic in which a metallic lead frame
  • the LED chip 74 is preferably based on a III-V compound semiconductor material. With the III-V
  • Compound semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or like Al n Ga m In ] __ nm As P ] _-k, where 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 and 0 dk ⁇ 1 is.
  • Segment 6 arranged.
  • two or more LEDs 7 may be arranged in a segment 6.
  • Such an example is shown in Figure 3B. With such an embodiment, it is possible for the LEDs 7 of a segment 6 to have different colors.
  • only the first LED or only the second LED can be operated in the lighting situation, or both LEDs can be operated simultaneously. In the case of one
  • Vehicle tail lamp, segment 6 can contain, for example, a red LED and a yellow LED to perform the functions of the rear light and / or brake light with the red LED as well
  • the LEDs 7 can be formed by LED chips 74 without a housing.
  • the LED chips 74 can be applied directly to the printed circuit board 3.
  • Figure 5 shows schematically the cross section through two
  • the LEDs 7 are each arranged on the printed circuit board 3 and are electrically contacted by the printed circuit board 3.
  • the segments 6 are laterally from enclosed the opaque partition walls 8, the opaque partition walls forming a grid 4, as shown in Figures 2A and 2B.
  • the height of the opaque partition walls can be, for example, between 1 mm and 10 mm, preferably between 2 mm and 7 mm,
  • the opaque partition walls 8 have the advantage that the light of a segment 6 is not scattered into neighboring segments 6. In this way, the contrast between adjacent segments 6 is increased. If the
  • opaque partitions 8 are connected by an adhesive to the circuit board 3, an opaque adhesive is preferably used to create a light-tight interface between the circuit board 3 and the
  • the diffuser 9 is a in the example shown
  • the diffuser 9 can be a silicone encapsulation which has scattering particles made of aluminum oxide. What is achieved by the diffuser 9 is that the LEDs 7 are essentially not perceivable as individual light points when the LED surface light source is viewed, but rather the segments 6 are each illuminated as homogeneously as possible. The light emitted by the LEDs 7 is scattered by the diffuser 9, in particular in each case in the volume of the segment 6.
  • the partially reflective layer 5 On one side facing away from the printed circuit board 3 is a partially reflective layer 5 on the opaque Partitions 8 arranged.
  • the partially reflective layer 5 is in particular a partially reflective film.
  • the partially reflecting layer 5 has one
  • the degree of reflection of the partially reflecting layer 5 is sufficiently low that the efficiency of the LED surface light source is not impaired too much.
  • the degree of reflection can be, for example, between 40% and 60%, in particular about 50%.
  • the transmission of the partially reflecting layer 5 can be, for example, between 40% and 60%, in particular about 50%.
  • FIG. 6 schematically shows a plan view of an individual segment 6 of the LED area light source, which has a triangular base area.
  • the segment 6 has the maximum luminance at a measuring point 11A, this typically being the case in the case of a single LED chip in the segment 6
  • the luminance at the measuring point 11A is compared with the maximum luminance and at further measuring points 11B, 11C,
  • Measuring point 11A considered with the maximum luminance.
  • the quotient of the light output of the segment 6 and the light output of the LED contained therein is regarded as a measure of the efficiency.
  • FIG. 7 shows a graphic representation of the
  • Uniformity U is shown for white, diffusely reflecting opaque partitions (curve 12A) and for specularly reflecting opaque partitions (curve 12B).
  • the efficiency E is also for white, diffusely reflecting opaque partitions (curve 12C) and for specularly reflecting partitions (curve 12D)
  • the efficiency E decreases with increasing height. Furthermore, it can be seen that specularly reflecting opaque partition walls at the greater heights result in a somewhat better uniformity U than white, diffusely reflecting opaque partition walls.
  • Figure 8 shows in the form of a bar graph
  • Bars give the uniformity U and the right one Bar the efficiency E.
  • the pair of bars labeled F on the left shows the values of uniformity U and efficiency E for a light-scattering film.
  • the remaining pairs of bars show the values of the uniformity U and the efficiency E each for a potting material provided with A ⁇ Cg scattering particles, the numerical value below the bars indicating the proportion of AI2O3 in percent by weight. It turns out that with a share of 0.2
  • FIG. 9 shows a graphic representation of the
  • FIG. 10 shows a graphic representation of the
  • the LED surface light source according to the principle proposed here can be used, for example, in the automotive sector, in particular as a vehicle rear light.
  • the LED surface light source can in particular have a control device which is suitable for controlling the LEDs arranged on the printed circuit board individually or in groups. This enables various lighting functions such as taillight, brake light or
  • the LED area light source enables
  • Illumination functions to display additional characters.
  • the LED surface light source is set up to represent characters such as letters, numbers or symbols.
  • the shape and placement of such characters is advantageously freely programmable due to the grid-like arrangement of the segments.
  • LED area light source for example, automobile manufacturers can install the LED area light source in all vehicle variants and offer such additional functions as optional additional equipment.
  • LED area light source for example, automobile manufacturers can install the LED area light source in all vehicle variants and offer such additional functions as optional additional equipment.
  • An example of one with the LED area light source for example, automobile manufacturers can install the LED area light source in all vehicle variants and offer such additional functions as optional additional equipment.
  • Representable symbol is shown in Figure 10. This is a warning symbol that can be activated, for example, in the event of an accident, a breakdown or a traffic jam.
  • FIG. 1 Another example of a symbol which can be represented by the LED surface light source is shown in FIG. In the left half, this is an indication of the
  • LED area light source for example, status displays about the readiness for use and / or rental options with taxis, car sharing or

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Abstract

Es wird eine LED-Flächenlichtquelle (10) beschrieben, umfassend eine Leiterplatte (3) und eine Vielzahl von LEDs (7), die auf der Leiterplatte (3) angeordnet sind, wobei - die LEDs (7) in einer Vielzahl von Segmenten (6) angeordnet sind, wobei die Segmente (6) jeweils mindestens eine LED (7) umfassen und durch lichtundurchlässige Trennwände (8) voneinander separiert sind, und - die Segmente (6) jeweils einen Diffusor (9) zur Streuung des von den LEDs (7) emittierten Lichts aufweisen.

Description

Beschreibung
LED-FLACHENLICHTQUELLE
Die Anmeldung betrifft eine LED-Flächenlichtquelle, die beispielsweise für Anwendungen im Automotive-Bereich
vorgesehen ist, insbesondere als Fahrzeug-Rückleuchte.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldungen 10 2018 120 867.7 und 10 2018 123 884.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte LED- Flächenlichtquelle anzugeben, die sich insbesondere durch eine feine Segmentierung, einen hohen Kontrast sowie die Eignung zur Realisierung verschiedener
Beleuchtungssituationen und zur Darstellung verschiedener Symbole auszeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine LED-Flächenlichtquelle gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die LED- Flächenlichtquelle eine Leiterplatte und eine Vielzahl von LEDs, die auf der Leiterplatte angeordnet sind. Die LED- Flächenlichtquelle ist insbesondere eine mehrfarbige LED- Flächenlichtquelle, die verschiedenfarbige LEDs enthält. Dies ermöglicht es, verschiedene Beleuchtungssituationen zu realisieren und/oder verschiedene Symbole darzustellen. Die LEDs sind insbesondere lichtemittierende Halbleiterchips, die vorzugsweise auf anorganischen Halbleitermaterialien wie beispielsweise Arsenid-, Phosphid- oder
Nitridverbindungshalbleitern basieren. Dies ermöglicht eine kostengünstige Realisierung der LED-Flächenlichtquelle . Bei den LEDs kann es sich um LED-Chips in einem LED-Gehäuse handeln, die mit dem LED-Gehäuse auf der Leiterplatte
montiert sind. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die LEDs als LED-Chips ohne weiteres Gehäuse unmittelbar auf der Leiterplatte montiert sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der LED- Flächenlichtquelle sind die LEDs in einer Vielzahl von
Segmenten angeordnet, wobei die Segmente jeweils mindestens eine LED umfassen und durch lichtundurchlässige Trennwände voneinander separiert sind. Jedes Segment kann eine oder mehrere LEDs enthalten. Es ist beispielsweise möglich, dass ausgewählte oder alle Segmente jeweils mindestens zwei oder mindestens drei LEDs verschiedener Farben enthalten, so dass diese Segmente dazu geeignet sind, Licht mit mindestens zwei oder mindestens drei verschiedenen Farben abzustrahlen. Es ist beispielsweise möglich, dass die LED-Flächenlichtquelle verschiedenfarbige LEDs der Farben Rot, Grün und Blau
enthält, um einen Farbraum (inklusive Weiß) darstellen zu können .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Segmente bei der LED-Flächenlichtquelle jeweils einen Diffusor zur
Streuung des von den LEDs emittierten Lichts auf. Dadurch, dass zwischen den Segmenten lichtundurchlässige Trennwände angeordnet sind und die Segmente jeweils einen Diffusor aufweisen, wird vorteilhaft erreicht, dass die Segmente jeweils homogen leuchten und ein hoher Kontrast zwischen benachbarten Segmenten erzielt werden kann. Der Diffusor bewirkt insbesondere, dass das emittierte Licht der
mindestens einen LED in dem jeweiligen Segment gestreut wird, so dass das Segment homogen ausgeleuchtet wird. Insbesondere sind die Lichtemissionsflächen der LEDs kleiner als die
Grundfläche der Segmente, wobei der Diffusor dazu beiträgt, dass die Lichtemissionsflächen der LEDs beim Betrachten der LED-Flächenlichtquelle nicht als solche erkennbar ist, sondern das Segment insgesamt homogen ausgeleuchtet wird. Durch die lichtundurchlässigen Trennwände wird ein optisches Übersprechen (engl, cross talk) zwischen benachbarten
Segmenten verhindert, d.h. das Licht eines Segments kann nicht in benachbarte Segmente überkoppeln. Die Segmente sind deshalb vorteilhaft scharf voneinander abgegrenzt, wobei der Kontrast nicht durch das Überkoppeln von Licht aus
benachbarten Segmenten beeinträchtigt wird. Durch die
lichtundurchlässigen Trennwände kann insbesondere auch der Diffusor der Segmente voneinander separiert werden, d.h. der Diffusor ist vorteilhaft analog zu den Segmenten
strukturiert. Beispielsweise ist der Diffusor ein zwischen den lichtundurchlässigen Trennwänden eingefülltes
Diffusormaterial, beispielsweise ein Silikonverguss mit darin enthaltenen Streupartikeln. Die lichtundurchlässigen
Trennwände bilden somit eine optische Barriere sowohl für die direkte Strahlung der LEDs als auch für die innerhalb der Segmente gestreute Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung bilden die
lichtundurchlässigen Trennwände ein Gitter aus. Die
lichtundurchlässigen Trennwände können insbesondere durch ein zusammenhängendes Gitter gebildet sein. Die durch das Gitter gebildeten lichtundurchlässigen Trennwände definieren die Segmente der LED-Flächenlichtquelle. Das Gitter ist vorzugsweise einstückig ausgeführt. Insbesondere kann das Gitter ein separat herstellbares Bauteil sein, das
vorteilhaft in einem Stück auf die Leiterplatte aufgesetzt ist, um auf diese Weise die lichtundurchlässigen Trennwände auszubilden. Der Aufwand für die Herstellung und die Montage der LED-Flächenlichtquelle ist somit vorteilhaft gering. Das Aufbringen des Gitters auf die Leiterplatte kann vor oder nach der Montage der LEDs auf die Leiterplatte erfolgen. Es ist beispielsweise möglich, dass das Gitter auf die
Leiterplatte aufgeklebt wird, wobei vorzugsweise ein
lichtundurchlässiger Klebstoff verwendet wird, so dass kein Licht die Grenzfläche zwischen der Leiterplatte und den
Trennwänden durchdringen kann.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die
lichtundurchlässigen Trennwände eine Höhe zwischen
einschließlich 1 mm und einschließlich 10 mm auf. Bevorzugt beträgt die Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände zwischen 2 mm und 7 mm, beispielsweise etwa 5 mm. Es hat sich
herausgestellt, dass sich die Homogenität der
Lichtabstrahlung der Segmente mit zunehmender Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände verbessert. Andererseits hat sich herausgestellt, dass eine Verringerung der Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände zu einer Verbesserung der Effizienz der LED-Flächenlichtquelle führen kann. Bei der Dimensionierung der Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände muss daher ein Kompromiss zwischen der Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung des Segments und der Effizienz erzielt werden. Ein guter Kompromiss wird vorteilhaft erzielt, wenn die Höhe der Trennwände zwischen 2 mm und 7 mm, bevorzugt zwischen 4 mm und 6 mm, beispielsweise etwa 5 mm beträgt. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung sind die
lichtundurchlässigen Trennwände lichtreflektierend
ausgebildet. Insbesondere können die lichtundurchlässigen Trennwände ein reflektierendes Metall wie beispielsweise Aluminium oder Silber aufweisen oder damit beschichtet sein. Die lichtreflektierenden Trennwände haben den Vorteil, dass auftreffende Lichtstrahlen reflektiert und abermals durch den Diffusor geleitet werden, bevor sie schließlich die LED- Flächenlichtquelle verlassen. Beispielsweise werden die lichtundurchlässigen Trennwände durch ein Gitter gebildet, das Aluminium aufweist oder daraus besteht. Das Gitter zeichnet sich in diesem Fall vorteilhaft durch eine hohe Reflexion, eine gute mechanische Stabilität und ein
vergleichsweise geringes Gewicht aus. Es ist auch möglich, dass das Gitter, welches die lichtundurchlässigen Trennwände ausbildet, aus einem Kunststoff gebildet ist, der
vorzugsweise weiß eingefärbt ist. Auf diese Weise kann beispielsweise eine gleichmäßige diffuse Reflexion aller Farben des sichtbaren Spektrums erzielt werden. Es ist weiterhin möglich, dass die lichtundurchlässigen Trennwände eine reflexionserhöhende Beschichtung aufweisen,
beispielsweise eine Metallbeschichtung.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung beträgt die Anzahl der Segmente der LED-Flächenlichtquelle höchstens 100.000, bevorzugt höchstens 50.000 und besonders bevorzugt höchstens 10.000. Die Anzahl der Segmente ist somit geringer als die typische Anzahl der Pixel bei LED-Displays . Insbesondere handelt es sich bei der hier beschriebenen LED- Flächenlichtquelle nicht um ein herkömmliches LED-Display, sondern um eine segmentierte LED-Flächenlichtquelle, die beispielsweise die Rückleuchte eines Kraftfahrzeugs
ausbildet. Die Anzahl der Segmente kann beispielsweise mindestens 100, mindestens 500 oder sogar mindestens 1000 betragen. Die Anzahl der Segmente ist in diesem Fall
vorteilhaft hoch genug, um verschiedene Beleuchtungsoptionen zu bieten oder um insbesondere Symbole darstellen zu können.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die Segmente eine Grundfläche von mindestens 2 mm2 und bevorzugt von weniger als 4 cm2 auf. Dies ermöglicht insbesondere die Darstellung von verschiedenen Symbolen, wenn auch die Auflösung geringer ist als bei hochauflösenden LED-Displays .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weisen die Segmente eine dreieckige Grundfläche auf. Alternativ sind aber auch andere Formen für die Grundfläche der Segmente denkbar. Die Segmente können insbesondere matrixartig angeordnet sein,
beispielsweise in einer Anordnung aus einer Vielzahl von Zeilen und Spalten.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist der Diffusor ein Vergussmaterial, das Streupartikel enthält. Das
Vergussmaterial kann insbesondere nach der Montage der LEDs auf die Leiterplatte und dem Aufbringen des Gitters, welches die lichtundurchlässigen Trennwände ausbildet, in einen durch die Trennwände begrenzten Hohlraum über den LEDs eingefüllt werden. Das Vergussmaterial kann insbesondere ein Silikon sein, das Streupartikel enthält. Die Streupartikel können insbesondere ein Metalloxid wie beispielsweise AI2O3 oder Ti02 aufweisen. Die Konzentration der Streupartikel in dem
Vergussmaterial beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 Gew.-% und 0,5 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 0,1 Gew.-% und 0,3 Gew .—% . Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung ist der Diffusor eine lichtstreuende Folie. Die lichtstreuende Folie kann Streupartikel enthalten und/oder eine lichtstreuende
Oberflächenstruktur aufweisen. Die lichtstreuende Folie ist in Abstrahlrichtung oberhalb der LEDs angeordnet und kann beispielsweise das Gitter, welches die lichtundurchlässigen Trennwände ausbildet, bedecken oder zwischen den
lichtundurchlässigen Trennwänden oberhalb der LEDs angeordnet sein. Die lichtstreuende Folie kann vorteilhaft segmentiert oder strukturiert sein, um Lichtübersprechung zwischen einzelnen Segmenten zu verhindern. Die Folie kann
beispielsweise in Form von Schnipseln in den Segmenten liegen. Es ist weiterhin möglich, dass bei der Herstellung der lichtstreuenden Folie bereits lichtundurchlässige
Trennwände entsprechend der Form der Segmente eingebracht werden. Es ist auch möglich, dass die lichtstreuende Folie lokal gestanzt oder gedünnt ist, um so den Lichttransfer zwischen Segmenten zumindest teilweise zu unterdrücken.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die LED- Flächenlichtquelle eine teilreflektierende Schicht auf, die über den lichtundurchlässigen Trennwänden angeordnet ist. Die teilreflektierende Schicht kann insbesondere auf das Gitter, welches die lichtundurchlässigen Trennwände ausbildet, aufgebracht sein. Die teilreflektierende Schicht ist
vorzugsweise eine teilreflektierende Folie. Die
teilreflektierende Schicht weist vorteilhaft einen
Reflexionsgrad auf, der einerseits die Lichtemission nicht wesentlich behindert, aber andererseits von außen
auftreffendes Licht derart reflektiert, dass die einzelnen LEDs und die Trennwände für einen Betrachter kaum wahrnehmbar sind. Der Reflexionsgrad der teilreflektierenden Schicht kann zum Beispiel mindestens 20%, mindestens 30% oder mindestens 40% und insbesondere höchstens 50%, höchstens 60% oder höchstens 70% betragen. Auf diese Weise wird insbesondere das Erscheinungsbild der LED-Flächenlichtquelle im
ausgeschalteten Zustand positiv beeinflusst.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die LED- Flächenlichtquelle zumindest teilweise gekrümmt. Eine
zumindest teilweise gekrümmte Form der LED-Flächenlichtquelle ermöglicht insbesondere die Anpassung der Außenkontur der LED-Flächenlichtquelle an das Medium, in das die LED- Flächenlichtquelle eingebaut wird. Insbesondere kann die Form der LED-Flächenlichtquelle an die äußere Kontur eines
Fahrzeugs angepasst sein, wenn die LED-Flächenlichtquelle beispielsweise als Rückleuchte vorgesehen ist.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die Leiterplatte eine flexible Leiterplatte. Die Leiterplatte kann insbesondere eine flexible gedruckte Leiterplatte, die auch als Flex-PCB bezeichnet wird, sein. Die hohe Biegsamkeit eines Flex-PCB ermöglicht, verglichen mit starren Leiterplatten, eine hohe Flexibilität der Bauteilgeometrie (gekrümmt, gebogen, verdreht, versetzt) . Weiterhin gilt anzumerken, dass Flex- PCBs aufgrund ihrer breiten Anwendung in der
Elektronikindustrie sehr günstig sind. Einen ähnlichen Effekt könnte man mit MID-Bauteilen (Molded interconnected devices, Spritzgusskunstoffteile mit metallischen Leiterbahnen) oder gebogenen/geformten Metallkernplatinen ebenso realisieren. Dies wäre allerdings mit einem höheren Kostenaufwand
verbunden. Die Verwendung einer flexiblen Leiterplatte ermöglicht insbesondere die zuvor erwähnte zumindest
teilweise gekrümmte Form der LED-Flächenlichtquelle. Gemäß zumindest einer Ausgestaltung weist die Leiterplatte eine Steuerelektronik auf oder ist mit einer Steuerelektronik verbunden, die dazu eingerichtet ist, die LEDs einzeln oder gruppenweise anzusteuern. Es ist insbesondere vorgesehen, dass in Abhängigkeit vom zu realisierenden
Beleuchtungszustand nicht alle LEDs der LED- Flächenlichtquelle gleichzeitig betrieben werden, sondern zumindest zeitweise nur einzelne LEDs oder Gruppen von LEDs, die nicht alle LEDs umfassen. Die Steuerelektronik kann außerhalb der LED-Flächenlichtquelle angeordnet sein oder auf der Leiterplatte integriert sein.
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung enthält die LED- Flächenlichtquelle LEDs verschiedener Farben. Bevorzugt weisen einzelne Segmente jeweils mindestens zwei LEDs
oder sogar mindestens drei LEDs verschiedener Farben auf. Es ist auch möglich, dass LEDs verschiedener Farben in
verschiedenen Segmenten angeordnet sind. Die LEDs
verschiedener Farben können insbesondere durch
Halbleiterchips realisiert sein, die verschiedene
Halbleitermaterialien aufweisen. Die LEDs können insbesondere Halbleiterchips sein, die auf III-V- Verbindungshalbleitermaterialien basieren .
Gemäß zumindest einer Ausgestaltung ist die LED- Flächenlichtquelle eine Fahrzeug-Rückleuchte. Die LED- Flächenlichtquelle kann insbesondere eine Kombinations- Rückleuchte (RCL, Rear Combination Lamp) sein, die mehrere verschiedene Beleuchtungsfunktionen aufweist. Vorzugsweise ist die Fahrzeug-Rückleuchte eine Kombinations-Rückleuchte, die mindestens die folgenden Funktionen aufweist: Rücklicht, Bremslicht und Blinklicht. Es ist möglich, dass die Fahrzeug- Rückleuchte zusätzlich zu diesen Funktionen weitere Funktionen aufweist, insbesondere die Möglichkeit zur Anzeige verschiedener Symbole. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Fahrzeug-Rückleuchte ein Warnsignal anzeigt. Im Fall eines Elektroautos ist es möglich, in die Rückleuchte eine Anzeigemöglichkeit für den Ladezustand oder eine
Ladekontrollleuchte zu integrieren. Bei den verschiedenen Beleuchtungsfunktionen können unterschiedliche LEDs,
insbesondere LEDs verschiedener Farben, oder unterschiedlich viele LEDs angesteuert werden, und/oder es können die LEDs zur Variation der Leuchtdichte mit verschiedenen Stromstärken betrieben werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 12 näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines Beispiels
einer LED-Flächenlichtquelle,
Figur 2A eine schematische Draufsicht auf das Gitter der
LED-Flächenlichtquelle,
Figur 2B eine schematische Seitenansicht des Gitters,
Figur 3A eine schematische Draufsicht auf ein einzelnes
Segment mit einer LED,
Figur 3B eine schematische Draufsicht auf ein einzelnes
Segment mit zwei LEDs,
Figur 4 eine Detailansicht einer LED Figur 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch zwei Segmente der LED-Flächenlichtquelle,
Figur 6 eine Draufsicht auf ein einzelnes Segment der LED- Flächenlichtquelle,
Figur 7 eine grafische Darstellung der Gleichmäßigkeit U und der Effizienz E in Abhängigkeit von der Höhe H der lichtundurchlässigen Trennwände,
Figur 8 ein Balkendiagramm, das die Gleichmäßigkeit und die
Effizienz in Abhängigkeit von der Art und den
Eigenschaften des Diffusors zeigt,
Figur 9 eine grafische Darstellung der Gleichmäßigkeit U und der Effizienz E in Abhängigkeit von der Höhe H der lichtundurchlässigen Trennwände für
beispielhafte Segmente mit genau einer LED,
Figur 10 eine grafische Darstellung der Gleichmäßigkeit U und der Effizienz E in Abhängigkeit von der Höhe H der lichtundurchlässigen Trennwände für
beispielhafte Segmente mit genau zwei LEDs,
Figur 11 ein Beispiel für ein mit der LED-Flächenlichtquelle darstellbares Symbol, und
Figur 12 ein weiteres Beispiel für ein mit der LED- Flächenlichtquelle darstellbares Symbol.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die
dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen .
In den Figuren 1 bis 6 ist ein Beispiel der LED- Flächenlichtquelle 10 in verschiedenen Ansichten dargestellt. In dem dargestellten Beispiel ist die LED-Flächenlichtquelle 10 die Rückleuchte eines Fahrzeugs, insbesondere eines Autos.
Die Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht der LED- Flächenlichtquelle 10. Die LED-Flächenlichtquelle 10 umfasst eine Leiterplatte 3, auf der eine Vielzahl von LEDs
angeordnet ist. Die LEDs auf der Leiterplatte 3 sind in Figur 1 nicht sichtbar, da sie von der Seitenwand eines Gitters 4 verdeckt sind, das auf der Leiterplatte 3 angeordnet ist.
Bei der Leiterplatte 3 handelt es sich um eine flexible
Leiterplatte, insbesondere um ein so genanntes Flex-PCB. Die Verwendung einer flexiblen Leiterplatte 3 hat den Vorteil, dass die LED-Flächenlichtquelle 10 zumindest bereichsweise eine gekrümmte Form aufweisen kann. Die LED-
Flächenlichtquelle 10 kann einen Halter 1 aufweisen, der eine zumindest bereichsweise gekrümmte Oberfläche aufweist. Die Form des Halters 1 kann beispielsweise der äußeren Kontur eines Fahrzeugs angepasst sein. Die flexible Leiterplatte 3 ist auf dem Halter 1 angeordnet, wobei zwischen der flexiblen Leiterplatte 3 und dem Halter 1 eine Rückplatte 2,
beispielsweise ein Metallblech, angeordnet sein kann.
Die flexible Leiterplatte 3 enthält die Leiterbahnen zur Kontaktierung der Vielzahl von LEDs. Die flexible
Leiterplatte 3 kann mit einer Steuerelektronik verbunden sein, die dazu eingerichtet ist, verschiedene
Beleuchtungsfunktionen mit der LED-Flächenlichtquelle 10 zu realisieren. Es ist möglich, dass die Steuerelektronik oder Teile davon auf der flexiblen Leiterplatte 3 integriert sind.
Über der flexiblen Leiterplatte 3 mit den darauf angeordneten LEDs ist bei der LED-Flächenlichtquelle 10 ein Gitter 4 angeordnet, das in Figur 2A in einer Draufsicht und in Figur 2B in einer Seitenansicht dargestellt ist. Das Gitter 4 weist eine Gitterstruktur auf, welche die LED-Flächenlichtquelle 10 in eine Vielzahl von Segmenten 6 unterteilt. Die Anzahl der Segmente 6 beträgt vorteilhaft nicht mehr als 100.000, nicht mehr als 50.000 oder nicht mehr als 10.000. Beispielsweise kann die Anzahl der Segmente 6 etwa 1.000 betragen.
Bei dem dargestellten Beispiel weisen die Segmente 6 eine dreieckige Grundfläche auf. Es ist alternativ möglich, dass die Segmente 6 eine andere Form der Grundfläche,
beispielsweise Quadrate, Rechtecke, Rauten, Parallelogramme, oder Sechsecke, aufweisen. Die Grundfläche der Segmente kann beispielsweise zwischen 2 mm2 und 4 cm2 betragen. Es ist auch möglich, dass die Form und/oder die Größe der Segmente 6 über die Fläche der LED-Flächenlichtquelle 10 variiert. Wie in der Seitenansicht der Figur 2B erkennbar ist, ist das Gitter 4 entsprechend der Form des darunter liegenden Halters 1 und der flexiblen Leiterplatte 3 zumindest bereichsweise
gekrümmt, so dass es bündig an die darunter liegende
Leiterplatte 3 anschließt.
Das Gitter 4 kann insbesondere aus einem Metall wie zum
Beispiel Aluminium oder aus einem Kunststoff gebildet sein. Das Gitter 4 bildet lichtundurchlässige Trennwände 8 aus, welche die Segmente 6 begrenzen. Die lichtundurchlässigen Trennwände 8 erstrecken sich insbesondere senkrecht zur
Hauptfläche des Gitters 4. Es ist aber auch möglich, dass sich die lichtundurchlässigen Trennwände 8 schräg zur
Hauptfläche des Gitters 4 erstrecken, um beispielsweise die Lichtabstrahlung auf diese Weise zusätzlich zu beeinflussen.
In der Figur 3A ist ein Beispiel eines einzelnen Segments 6 des Gitters 4 mit der darin angeordneten LED 7 in einer Draufsicht dargestellt. Das Segment 6 ist von den
lichtundurchlässigen Trennwänden 8, welche das Gitter 4 ausbilden, umschlossen. Die LED 7 ist auf der Leiterplatte 3 angeordnet, welche den Boden des Segments 6 ausbildet. Die LED 7 ist mit Kontakten 71, 72 mit der Leiterplatte 3 verbunden. Bei dem dargestellten Beispiel weist die LED 7 ein LED-Gehäuse auf.
Ein Beispiel der LED 7 ist in Figur 4 im Detail dargestellt. Bei der LED 7 ist ein LED-Chip 74 in einem LED-Gehäuse 73 angeordnet. Das LED-Gehäuse 73 kann aus einem Kunststoff gebildet sein, in dem ein metallischer Leiterrahmen
angeordnet ist, der die Kontakte des LED-Chips 74 mit den äußeren Kontakten 71, 72 des LED-Gehäuses 73 verbindet.
Der LED-Chip 74 basiert vorzugsweise auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem III-V-
Verbindungshalbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n-mGamP oder auch um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs oder wie AlnGamIn]__n-mAs P]_-k, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie 0 d k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bei dem Beispiel der Figur 3A ist nur eine LED 7 in dem
Segment 6 angeordnet. Alternativ ist es aber auch möglich, dass zwei oder mehr LEDs 7 in einem Segment 6 angeordnet sind. Ein solches Beispiel ist in Figur 3B dargestellt. Bei einer solchen Ausführung ist es möglich, dass die LEDs 7 eines Segments 6 verschiedene Farben aufweisen. Je nach
Beleuchtungssituation kann beispielweise nur die erste LED, oder nur die zweite LED betrieben werden, oder es können beide LEDs gleichzeitig betrieben werden. Im Fall einer
Fahrzeug-Rückleuchte kann das Segment 6 beispielsweise eine rote LED und eine gelbe LED enthalten, um die Funktionen Rücklicht und/oder Bremslicht mit der roten LED sowie
Blinklicht mit der gelben LED zu realisieren.
Alternativ zu den Ausführungsbeispielen der Figuren 3A und 3B ist es auch möglich, dass die LEDs 7 durch LED-Chips 74 ohne Gehäuse gebildet sind. In diesem Fall können die LED-Chips 74 unmittelbar auf die Leiterplatte 3 aufgebracht sein.
Figur 5 zeigt schematisch den Querschnitt durch zwei
benachbarte Segmente 6, wobei beispielhaft das auf der linken Seite dargestellte Segment 6 nur eine LED 7 und das auf der rechten Seite dargestellte Segment 6 zwei nebeneinander angeordnete LEDs 7 aufweist. Die LEDs 7 sind jeweils auf der Leiterplatte 3 angeordnet und werden durch die Leiterplatte 3 elektrisch kontaktiert. Die Segmente 6 werden seitlich von den lichtundurchlässigen Trennwänden 8 umschlossen, wobei die lichtundurchlässigen Trennwände ein Gitter 4 ausbilden, wie es in den Figuren 2A und 2B dargestellt ist. Die Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände kann beispielsweise zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 7 mm,
betragen .
Die lichtundurchlässigen Trennwände 8 haben den Vorteil, dass das Licht eines Segments 6 nicht in benachbarte Segmente 6 gestreut wird. Auf diese Weise wird der Kontrast zwischen benachbarten Segmenten 6 erhöht. Wenn die
lichtundurchlässigen Trennwände 8 durch einen Klebstoff mit der Leiterplatte 3 verbunden werden, wird vorzugsweise ein lichtundurchlässiger Klebstoff verwendet, um eine lichtdichte Grenzfläche zwischen der Leiterplatte 3 und den
lichtundurchlässigen Trennwänden 8 zu erreichen.
Der zwischen den lichtundurchlässigen Trennwänden 8
ausgebildete Hohlraum, in dem jeweils eine oder mehrere LEDs 7 angeordnet sind, ist mit einem Diffusor 9 aufgefüllt. Der Diffusor 9 ist bei dem dargestellten Beispiel ein
Vergussmaterial, das Streupartikel aus z.B. einem Metalloxid aufweist. Insbesondere kann der Diffusor 9 ein Silikonverguss sein, der Streupartikel aus Aluminiumoxid aufweist. Durch den Diffusor 9 wird erreicht, dass die LEDs 7 beim Betrachten der LED-Flächenlichtquelle im Wesentlichen nicht als einzelne Lichtpunkte wahrnehmbar sind, sondern die Segmente 6 jeweils möglichst homogen ausgeleuchtet sind. Das von den LEDs 7 emittierte Licht wird von dem Diffusor 9 insbesondere jeweils im Volumen des Segments 6 gestreut.
An einer der Leiterplatte 3 abgewandten Seite ist eine teilreflektierende Schicht 5 auf den lichtundurchlässigen Trennwänden 8 angeordnet. Die teilreflektierende Schicht 5 ist insbesondere eine teilweise reflektierende Folie. Die teilreflektierende Schicht 5 weist einen solchen
Reflexionsgrad auf, dass die lichtundurchlässigen Trennwände 8 und die einzelnen LEDs 7 von außen weniger deutlich
erkennbar sind. Auf diese Weise wird insbesondere das
Erscheinungsbild der LED-Flächenlichtquelle im
ausgeschalteten Zustand verbessert. Andererseits ist der Reflexionsgrad der teilreflektierenden Schicht 5 ausreichend gering, dass die Effizienz der LED-Flächenlichtquelle nicht zu stark beeinträchtigt wird.
Der Reflexionsgrad kann beispielsweise zwischen 40 % und 60 %, insbesondere etwa 50 % betragen. Die Transmission der teilreflektierenden Schicht 5 kann beispielsweise zwischen 40 % und 60 %, insbesondere etwa 50 %, betragen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Effizienz und die
Gleichmäßigkeit des von den Segmenten 6 der LED- Flächenlichtquelle abgestrahlten Lichts insbesondere von den Eigenschaften der lichtundurchlässigen Trennwände 8,
insbesondere von deren Höhe, und von den Eigenschaften des Diffusors 9 abhängen. Dieser Zusammenhang wird anhand von Simulationen im Zusammenhang mit den folgenden Figuren 6 bis 10 beschrieben.
Figur 6 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein einzelnes Segment 6 der LED-Flächenlichtquelle, das eine dreieckige Grundfläche aufweist. Das Segment 6 weist an einem Messpunkt 11A die maximale Leuchtdichte auf, wobei dies im Fall eines einzigen LED-Chips in dem Segment 6 typischerweise
unmittelbar über dem LED-Chip der Fall ist. Zur Beurteilung der Gleichmäßigkeit der Lichtabstrahlung des Segments 6 wird zum Beispiel die Leuchtdichte an dem Messpunkt 11A mit der maximalen Leuchtdichte und an weiteren Messpunkten 11B, 11C,
HD in den Ecken des Segments 6 gemessen. Als Maß für die Gleichmäßigkeit wird im Folgenden der Quotient aus der gemittelten Leuchtdichte an den Messpunkten 11B, 11C, 11D in den Ecken des Segments 6 und der Leuchtdichte an dem
Messpunkt 11A mit der maximalen Leuchtdichte betrachtet. Als Maß für die Effizienz wird im Folgenden der Quotient aus der Lichtleistung des Segments 6 und der Lichtleistung der darin enthaltenen LED angesehen.
Die Figur 7 zeigt eine grafische Darstellung der
Gleichmäßigkeit U und der Effizienz E in Abhängigkeit von der Höhe H der lichtundurchlässigen Trennwände 8. Die
Gleichmäßigkeit U ist für weiße, diffus reflektierende lichtundurchlässige Trennwände (Kurve 12A) und für spekular reflektierende lichtundurchlässige Trennwände (Kurve 12B) dargestellt. Die Effizienz E ist ebenfalls für weiße, diffus reflektierende lichtundurchlässige Trennwände (Kurve 12C) und für spekular reflektierende Trennwände (Kurve 12D)
dargestellt. Es zeigt sich, dass die Gleichmäßigkeit U der von dem Segment emittierten Strahlung mit zunehmender Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände zunimmt, wobei
andererseits aber die Effizienz E mit zunehmender Höhe abnimmt. Weiterhin zeigt sich, dass spekular reflektierende lichtundurchlässige Trennwände bei den größeren Höhen eine etwas bessere Gleichmäßigkeit U bewirken als weiße, diffus reflektierende lichtundurchlässige Trennwände.
Figur 8 zeigt in Form eines Balkendiagramms die
Gleichmäßigkeit und die Effizienz in Abhängigkeit von der Art und den Eigenschaften des Diffusors für eine vorgegebene Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände von 5 mm. Der linke
Balken gibt jeweils die Gleichmäßigkeit U und der rechte Balken die Effizienz E an. Das mit F bezeichnete Balkenpaar auf der linken Seite zeigt die Werte der Gleichmäßigkeit U und der Effizienz E für eine lichtstreuende Folie. Die übrigen Balkenpaare zeigen die Werte der Gleichmäßigkeit U und der Effizienz E jeweils für ein mit A^Cg-Streupartikeln versehenes Vergussmaterial, wobei der Zahlenwert unter den Balken den Anteil von AI2O3 in Gewichtsprozent angibt. Es zeigt sich, dass sich mit einem Anteil von 0,2
Gewichtsprozent an A^Cg-Streupartikeln die beste
Gleichmäßigkeit (60%) erzielen lässt, wobei die Effizienz (14%) aber etwas geringer ist als bei Verwendung der
lichtstreuenden Folie (10%).
Die Figur 9 zeigt eine grafische Darstellung der
Gleichmäßigkeit U (Kurve 13A) und der Effizienz E (Kurve 13B) in Abhängigkeit von der Höhe der lichtundurchlässigen
Trennwände bei Verwendung eines Diffusors, der ein
Vergussmaterial mit einem Anteil von 0,2 Gewichtsprozent an Al203-Streupartikeln ist. Bei der Simulation wurde
angenommen, dass eine einzige LED zwischen den
lichtundurchlässigen Trennwänden des Segments angeordnet ist. Es zeigt sich, dass die Gleichmäßigkeit mit zunehmender Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände zunimmt, wobei die
Effizienz aber mit zunehmender Höhe abnimmt. In Bezug auf die Höhe der lichtundurchlässigen Trennwände muss also ein
Kompromiss zwischen Gleichmäßigkeit und Effizienz gesucht werden .
Die Figur 10 zeigt eine grafische Darstellung der
Gleichmäßigkeit U (Kurve 14A) und der Effizienz E (Kurve 14B) in Abhängigkeit von der Höhe der lichtundurchlässigen
Trennwände bei Verwendung eines Diffusors, der ein
Vergussmaterial mit einem Anteil von 0,2 Gewichtsprozent an Al203-Streupartikeln ist. Bei der Simulation wurde im
Unterschied zur Figur 9 angenommen, dass zwei LEDs
nebeneinander zwischen den lichtundurchlässigen Trennwänden des Segments angeordnet sind. Es zeigt sich wiederum, dass die Gleichmäßigkeit mit zunehmender Höhe der
lichtundurchlässigen Trennwände zunimmt, wobei die Effizienz aber mit zunehmender Höhe abnimmt. Die Gleichmäßigkeit ist etwas geringer als beim vorherigen Beispiel mit nur einer LED pro Segment.
Die LED-Flächenlichtquelle gemäß dem hierin vorgeschlagenen Prinzip kann beispielsweise im Automotive-Bereich verwendet werden, insbesondere als Fahrzeug-Rückleuchte. Die LED- Flächenlichtquelle kann insbesondere eine Steuervorrichtung aufweisen, die dazu geeignet ist, die auf der Leiterplatte angeordneten LEDs einzeln oder gruppenweise anzusteuern. Dies ermöglicht es, verschiedene Beleuchtungsfunktionen wie beispielsweise Rücklicht, Bremslicht oder
Fahrtrichtungsanzeige zu realisieren.
Weiterhin ermöglicht es die LED-Flächenlichtquelle,
zusätzlich zu solchen im Straßenverkehr üblichen
Beleuchtungsfunktionen weitere Zeichen anzuzeigen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die LED-Flächenlichtquelle dazu eingerichtet, Zeichen wie beispielsweise Buchstaben, Zahlen oder Symbole darzustellen. Die Form und Platzierung solcher Zeichen ist aufgrund der gitterförmigen Anordnung der Segmente vorteilhaft frei programmierbar. Ein
Automobilhersteller kann beispielsweise die LED- Flächenlichtquelle in alle Fahrzeugvarianten einbauen und solche Zusatzfunktionen als optionale Zusatzausstattung anbieten . Ein Beispiel für ein mit der LED-Flächenlichtquelle
darstellbares Symbol ist in Figur 10 gezeigt. Hierbei handelt es sich um ein Warnsymbol, das beispielsweise im Fall eines Unfalls, einer Panne oder bei einem Stau aktiviert werden kann .
Ein weiteres Beispiel für ein mit der LED-Flächenlichtquelle darstellbares Symbol ist in Figur 11 gezeigt. Hierbei handelt es sich in der linken Hälfte um eine Anzeige des
Batterieladezustands eines Elektroautos, und in der rechten Hälfte um eine Ladekontrollleuchte, welche anzeigt, ob die Batterie aktuell geladen wird.
Weitere mögliche Funktionen der LED-Flächenlichtquelle sind zum Beispiel Statusanzeigen über die Einsatzbereitschaft und/oder Mietmöglichkeit bei Taxis, Carsharing- oder
Mietfahrzeugen .
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 Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
1 Halter
2 Rückplatte
3 Leiterplatte
4 Gitter
5 teilreflektierende Folie
6 Segment
7 LED
71 LED-Kontakt
72 LED-Kontakt
73 LED-Gehäuse
74 LED-Chip
8 lichtundurchlässige Trennwände
9 Diffusor
10 LED-Flächenlichtquelle
11A Leuchtdichte-Messpunkt
11B Leuchtdichte-Messpunkt
11C Leuchtdichte-Messpunkt
HD Leuchtdichte-Messpunkt
12A Kurve
12B Kurve
12C Kurve
12D Kurve
13A Kurve
13B Kurve
14A Kurve
14B Kurve

Claims

Patentansprüche
1. LED-Flächenlichtquelle (10), umfassend eine Leiterplatte
(3) und eine Vielzahl von LEDs (7), die auf der
Leiterplatte (3) angeordnet sind, wobei
- die LEDs (7) in einer Vielzahl von Segmenten (6) angeordnet sind, wobei die Segmente (6) jeweils
mindestens eine LED (7) umfassen und durch
lichtundurchlässige Trennwände (8) voneinander separiert sind, und
- die Segmente (6) jeweils einen Diffusor (9) zur
Streuung des von den LEDs (7) emittierten Lichts aufweisen .
2. LED-Flächenlichtquelle nach Anspruch 1,
wobei durch die lichtundurchlässigen Trennwände (8) die Diffusoren (9) der Segmente (6) voneinander separiert sind .
3. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die lichtundurchlässigen Trennwände (8) ein Gitter
(4) ausbilden.
4. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die lichtundurchlässigen Trennwände (8) eine Höhe zwischen einschließlich 1 mm und einschließlich 10 mm aufweisen .
5. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die lichtundurchlässigen Trennwände (8) lichtreflektierend ausgebildet sind.
6. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei eine Anzahl der Segmente (6) höchstens 100.000 beträgt .
7. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Segmente (6) eine Grundfläche von mindestens 2 mm2 und weniger als 4 cm2 aufweisen.
8. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei die Segmente (6) eine dreieckige, quadratische, rechteckige, rautenförmige, parallelogrammförmige oder sechseckige Grundfläche aufweisen.
9. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
wobei der Diffusor (9) ein Vergussmaterial aufweist, das Streupartikel enthält.
10. LED-Flächenlichtquelle nach Anspruch 9,
wobei die Streupartikel Aluminiumoxid oder Titandioxid aufweisen .
11. LED-Flächenlichtquelle nach Anspruch 9 oder 10,
wobei die Streupartikel eine Konzentration zwischen 0,05 Gew.-% und 0,5 Gew.-% aufweisen.
12 LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der Diffusor (9) eine lichtstreuende Folie ist.
13. LED-Flächenlichtquelle nach Anspruch 12,
wobei die lichtstreuende Folie strukturiert oder segmentiert ist.
14. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die LED-Flächenlichtquelle (10) eine
teilreflektierende Schicht (5) aufweist, die über den lichtundurchlässigen Trennwänden (8) angeordnet ist.
15. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die LED-Flächenlichtquelle (10) zumindest
bereichsweise gekrümmt ist.
16. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Leiterplatte (3) eine flexible Leiterplatte ist .
17. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Leiterplatte (3) eine Steuerelektronik aufweist oder mit einer Steuerelektronik verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, die LEDs (7) einzeln oder gruppenweise anzusteuern.
18. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die LED-Flächenlichtquelle (10) LEDs (7) verschiedener Farben enthält.
19. LED-Flächenlichtquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die LED-Flächenlichtquelle (10) eine Fahrzeug-
Rückleuchte ist.
20. LED-Flächenlichtquelle nach Anspruch 19,
wobei die Fahrzeug-Rückleuchte eine Kombinations- Rückleuchte ist, die mindestens die folgende Funktionen aufweist: Rücklicht, Bremslicht und Blinklicht.
PCT/EP2019/072480 2018-08-27 2019-08-22 Led-flächenlichtquelle Ceased WO2020043593A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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