WO2020161182A1 - Leuchtdiodenmodul und anordnung mit einem leuchtdiodenmodul - Google Patents

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WO2020161182A1
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light
emitting diodes
emitting diode
contacts
carrier
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Karlheinz Arndt
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a light-emitting diode module is specified.
  • an arrangement with such a light-emitting diode module is specified.
  • One problem to be solved is to specify a light-emitting diode module in which individually controllable light-emitting diodes
  • this includes
  • Light emitting diode module a carrier.
  • the carrier is, for example, a multilayer printed circuit board.
  • the carrier has a carrier top.
  • the carrier top is opposite a carrier bottom.
  • this includes
  • Light emitting diode module several light emitting diodes. Depending on the application, one or, preferably, two or more than two different types of light emitting diodes are present.
  • Types of light emitting diodes differ in terms of their spectral radiation characteristics.
  • the individual light-emitting diodes of the light-emitting diode types can each contain exactly one or more light-emitting diode chips
  • the light-emitting diodes can be controlled electrically independently of one another individually or in groups. If the light-emitting diodes are electrically combined into groups, the groups preferably each have only a comparatively small number of light-emitting diodes, preferably at most 20 light-emitting diodes or eight light-emitting diodes or four light-emitting diodes or two light-emitting diodes. everyone is preferred
  • the light-emitting diodes are electrically connected and wired accordingly by means of the carrier.
  • the light-emitting diodes each have a first electrical contact and a second electrical contact.
  • the respective associated light-emitting diode is electrically contacted at the electrical contacts and is preferably also mechanically fastened.
  • the first and the second electrical contact of a relevant light-emitting diode are the only electrical and optional ones
  • the carrier comprises several electrically conductive main layers.
  • the main layers are formed, for example, by copper layers.
  • the main layers are preferably structured so that conductor tracks and / or
  • Then can be formed in particular by copper.
  • Main layers are preferred each by one electrical
  • insulating intermediate layer electrically separated from one another over a large area.
  • the main locations are here beginning on The top of the carrier and the underside of the carrier are consecutively numbered.
  • the first and second electrical contacts of the light emitting diodes are on the
  • Carrier top attached to a first of the main layers of the carrier.
  • the light-emitting diodes with the first and second contacts are on the first main layer
  • the first are N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl-N-phenyl
  • the last main layer is preferably located directly on the underside of the carrier.
  • the first contacts and the vias preferably partially or completely overlap in plan view.
  • Vias for the first contacts are in Seen from above, directly below the first contacts or at least close to the first contacts.
  • LEDs go out, each in a penultimate of the main layers. This penultimate main location is within the
  • the penultimate main position is that of the last
  • the second contacts can in turn partially or completely cover the assigned electrical vias or are located at a small distance from these vias, seen in plan view of the carrier top.
  • this includes
  • Light emitting diode module a carrier and several light emitting diodes.
  • the light-emitting diodes can be controlled electrically independently of one another individually or in groups.
  • Light-emitting diodes each have a first and a second
  • the carrier includes several elements
  • Contacts of the light emitting diodes are attached to one of the first main layers on a carrier top. Based on the first contacts, electrical vias are each connected to a last of the main layers directly on a carrier underside. End starting from the second contacts
  • light-emitting diodes are preferably used which, when viewed from above, have a similar size to an assigned one
  • Such light-emitting diodes are also referred to as CSP, for Chip Sized Package.
  • the light-emitting diodes are preferably arranged regularly, in particular in a matrix-like grid of rows and columns.
  • light-emitting diodes preferably have one or more common anodes or common cathodes. Also one line by line and / or one column by column
  • the light-emitting diodes should and can, in particular, be individually electrically controllable via corresponding driver ICs.
  • each light-emitting diode can be controlled individually.
  • a printed circuit board also referred to as a PCB or printed circuit board, is preferably used as the carrier. For reasons of cost, there are ideally as few conductor track layers as possible on the carrier, such as copper layers.
  • Each light-emitting diode preferably has two electrical contacts that are designed to be heat-conductive. These first and second contacts stand out from an underside of the relevant light emitting diode viewed opposite. An imaginary logical longitudinal axis of the associated light-emitting diode can run through the two contacts, even if the light-emitting diode were wider than it was long.
  • the light-emitting diodes can be arranged in the rows or in the columns so that all
  • waste heat from the light-emitting diodes can be efficiently conducted through the carrier to the last and penultimate main layer.
  • the waste heat can also be brought close to the lowermost main layer via the second contacts, so that efficient heat dissipation can be achieved through large thermally conductive surfaces on the vias.
  • the inner main layers of the carrier preferably have an array of anode vias and cathode vias below an area with the light-emitting diodes. All cathode vias or
  • Anode vias are preferably connected to conductor tracks that come from the interior of the area with the
  • LEDs are led to the outside, seen in plan view of the carrier top. Everyone is preferred
  • Anode vias or cathode vias led downwards without conductor tracks and connected to large, common anode contact surfaces. All electrical contact surfaces for external electrical contact and for mounting the light-emitting diode module are preferably located on the lowest main layer. Exactly one, exactly two or exactly four are preferred
  • the light-emitting diodes are preferably arranged in such a way that, by rotating the module, a different color and / or
  • LED type moves to a certain position. That is, with two colors with a rotation of 180 ° and with four colors with a rotation of 90 °, for example, a certain corner of the light-emitting diode module can be used for each emission color
  • the light-emitting diodes are preferably controlled completely via electrical contact surfaces on the carrier
  • Conductor routing on a mounting platform is another one
  • the light-emitting diode module is preferably given both geometrically and electrically logically.
  • the at least one common contact for the anodes or cathodes is located on the underside of the carrier of the light-emitting diode module, preferably in a module center below the
  • Cathode contacts can be arranged on the outside around the center of the module, seen in plan view. Adjacent cathode contacts can be assigned to light-emitting diodes with mutually different anode contacts. Different control units can thus be used, in particular control units with one current output and also with two current outputs.
  • the positions of the light-emitting diodes on the carrier are preferably selected to be rotationally symmetrical, whereas the types of light-emitting diodes are preferably placed anti-rotationally symmetrical. This means that when rotated through an angle of symmetry, each light-emitting diodes with a different radiation characteristic preferably come into exact congruence. For example a
  • a plated-through hole for each light-emitting diode runs directly to the last copper layer of the carrier.
  • a second contact for the second contacts of the light emitting diodes runs down to the penultimate copper layer. In the area of the LEDs belonging to the contacts
  • electrical conductor tracks preferably run parallel to one another, a logical parallelism being meant here and a geometric parallelism not necessarily having to be met exactly.
  • Conductor tracks are preferably distributed over an even number of main layers, for example on two copper layers with 16 light-emitting diodes.
  • two main conductor track layers are preferably designed mirror-symmetrically and / or rotationally symmetrically to one another. What is meant in particular is a logical symmetry, not necessarily an exact geometrical one
  • Symmetry There is preferably a rotational symmetry around 180 °. Electrical contact surfaces on the lowest main layer retain their spatial and logical assignment to the
  • This light-emitting diode module enables efficient use of the central main layers for an electrical and thermal connection of the light-emitting diodes. This means that more space can be achieved for possible additional functions on the first main layer. A minimum number of main layers required for routing a conductor track and for making electrical contact with the light-emitting diodes is achieved, so that cost-efficient carriers can be used. In addition, a maximum possible
  • Thermal conduction can be achieved in the vertical direction from the first to the last main layer. Furthermore is a
  • the best possible heat dissipation of the second light-emitting diode contacts from the first to the penultimate main position can be achieved.
  • the probability of errors when generating or designing the conductor tracks can be reduced.
  • the carrier comprises between four and eight of the main layers, inclusive.
  • main layers there are exactly four or exactly six of the main layers, particularly preferably exactly four main layers.
  • two or more than two adjacent main layers each have electrical conductor tracks.
  • These main layers are preferably internal main layers.
  • the vias assigned to the second contacts can be controlled electrically independently of one another by means of these conductor tracks.
  • Main layer of each electrical conductor path is internal
  • Main locations It is possible that only the second and third main layers contain electrical conductor tracks. This means that the main layers on the top and bottom of the carrier can be free of conductor tracks. Accordingly, all inner main layers can be provided with conductor tracks.
  • the vias assigned to the second contacts are made by means of the
  • Conductor tracks of the second and third main layers can be controlled electrically independently of one another. That is, one
  • electrical interconnection takes place within the carrier preferably exclusively over the inner main layers, especially exclusively over the second and third main layers.
  • the conductor tracks of the second and the penultimate main layer are designed point-symmetrically or mirror-symmetrically to one another. This can be seen when the corresponding main layers are placed next to one another and viewed from above.
  • Mirror symmetry or point symmetry can be geometric
  • the light-emitting diodes are arranged along one or more rows.
  • the first and second contacts of the light emitting diodes in a specific row are preferably arranged along a straight line.
  • Per row of light-emitting diodes there is preferably exactly one row of electrical contacts.
  • the cut is
  • Conductor tracks do not have at least one row with light emitting diodes. This means that conductor tracks can run between adjacent rows, but not between or below light-emitting diodes within a specific row. This allows the
  • the carrier comprises two or more than two electrical contact surfaces for the external electrical connection of the first contacts of the light-emitting diodes on the carrier underside and / or on the carrier upper side.
  • the vias for the first contacts can be the
  • the carrier has a plurality of electrical contact surfaces on the carrier underside and / or on the carrier top for individual or
  • the electrical contact areas for the second contacts are located next to the light-emitting diodes when viewed from above on the underside of the carrier.
  • Contact surfaces for external electrical contacting of the second contacts are each provided with at least one electrical through-hole contact with at least one internal
  • All vias can run perpendicular or approximately perpendicular to the carrier top and / or to the carrier bottom.
  • the light-emitting diodes are seen in plan view of the carrier top
  • Each light-emitting diode of a first of the light-emitting diode types can thus be mapped into one of the light-emitting diodes of a second of the light-emitting diode types by means of point symmetry.
  • point symmetry For all light-emitting diodes, there is preferably exactly one common point of symmetry for point symmetry. There are preferably exactly two different ones
  • the contact areas for the second contacts are light-emitting diodes, these
  • Light-emitting diodes are arranged antipoint-symmetrically to one another, oriented and arranged point-symmetrically to one another. This means that there is point symmetry between the relevant light-emitting diodes and between these light-emitting diodes
  • both point symmetries have the same, common point of symmetry.
  • Light emitting diode chips sit at one end of an elongated module and the contact surfaces could be at the other end
  • the contact surfaces and the associated light-emitting diodes can be at different distances from the point of symmetry and have different angles of rotation around the point of symmetry, based on a reference line through the
  • the light-emitting diodes are of this type when viewed from above on the carrier top
  • each light-emitting diode of a first of the light-emitting diode types can be mapped into one of the light-emitting diodes of a second of the light-emitting diode types by means of mirror symmetry.
  • This can also be for third and fourth
  • Types of light emitting diodes apply. In particular, however, there are exactly two types of light emitting diodes. It is possible that there is exactly one mirror line. The mirror line is preferred
  • the contact surfaces when viewed from above on the carrier top, the contact surfaces,
  • the contact surfaces for the second contacts and the associated light-emitting diodes have the same point of symmetry. This is especially true for point symmetry.
  • the top of the carrier can be divided into four equally large quadrants.
  • the quadrants have the same number of light emitting diodes.
  • all quadrants of the overall arrangement are by means of translation or by means of
  • Translation can be mapped into one another in combination with rotation. That is, the quadrants can be designed the same with regard to the arrangement of the light-emitting diodes and the distribution of the light-emitting diode types, or the same except for rotation.
  • one of the precisely two types of light emitting diodes is formed from several light emitting diodes for generating warm white light.
  • the other of the types of light emitting diodes is made up of several light emitting diodes for generating cold white light.
  • the two types of light emitting diodes preferably have the same number of light emitting diodes.
  • Warm white particularly refers to a correlated color temperature of the
  • cold white light particularly refers to white light with a correlated color temperature of over 5000 K to 8500 K.
  • LED module has exactly four different types of LEDs. Several light-emitting diodes are preferably present for each type of light-emitting diode. In particular, a type of light emitting diode is used
  • red light one type of light-emitting diode for generating green light and one type of light-emitting diode for generating blue light are available. Furthermore, a type of light emitting diode for generating cyan-colored light, also referred to as lagoon-colored light, and / or for generating yellow light can be present.
  • Blue light specifically refers to light with a
  • Cyan-colored light refers in particular to light with a dominant wavelength of more than 480 nm and of at most 515 nm, green here denotes light with a dominant wavelength of more than 515 nm and of at most 550 nm. Yellow light denotes light with a dominant wavelength above 550 nm up to and including 585 nm, red light refers to dominant ones
  • Wavelengths above 585 nm up to and including 650 nm Wavelengths above 585 nm up to and including 650 nm.
  • the light-emitting diodes are each surface-mountable components. This means that all electrical contacts of the light-emitting diodes are located on a single side of the light-emitting diodes, which is preferably facing the carrier.
  • this includes
  • Light-emitting diode module at least eight or twelve of the
  • Light emitting diodes there are at most 300 or 144 or 64 or 36 of the light-emitting diodes per
  • the number of light emitting diodes is preferably 16.
  • a mean edge length of the light-emitting diodes is at most a factor of 3 or 2 or 1.5 or 1.1 greater than a mean edge length of a
  • a light-emitting area of a light-emitting diode chip can be approximately the same size as an area of the associated light-emitting diode. This means that there is a high level within the center of the module, in which the light-emitting diodes are arranged on the carrier
  • the arrangement comprises one or more control units, for example formed by microcontroller ICs.
  • the light-emitting diodes can be controlled individually or in groups independently of one another by means of the assigned control unit.
  • the at least one control unit is arranged at a distance from the assigned carrier.
  • the at least one control unit is arranged at a distance from the assigned carrier.
  • Control unit is attached to the carrier or to the carrier or is also integrated in the carrier. That is, the carrier can optionally have an embedded microchip for the control unit.
  • the arrangement comprises several of the light-emitting diode modules.
  • the light-emitting diode modules can be combined to form one or more assemblies. For example, there are several assemblies with 2 x 2
  • the arrangement comprises one or more optics. There is preferably a one-to-one association between the assemblies and the optics.
  • the optics are, for example, lenses such as converging lenses or Fresnel lenses.
  • the arrangement is installed as interior lighting in a motor vehicle.
  • the arrangement is a
  • Reading light in a car can be assigned to individual seats, so that an arrangement described here can be present for each seat.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a carrier for the light-emitting diode modules described here
  • Figures 4 and 5 a schematic plan view and a
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an assignment
  • Figures 7 and 8 are schematic top views
  • Figure 9 is a schematic sectional view of a
  • FIG. 10 shows a schematic plan view of a panel with the light-emitting diode modules described here
  • FIG. 11 is a schematic perspective illustration of
  • Figures 12 and 13 schematic perspective representations of an embodiment of a light-emitting diode module described here
  • Figures 14 and 15 are schematic top views of a
  • FIGS. 16 and 17 are schematic wiring diagrams of main layers on the inside for exemplary embodiments of the light-emitting diode modules described here,
  • Figures 18 and 19 schematic perspective representations of an embodiment of a light emitting diode module described here
  • Figure 20 is a schematic plan view of a
  • Figure 21 is a schematic plan view of a
  • FIGS. 22 and 23 are schematic wiring representations of internal main layers for exemplary embodiments of the light-emitting diode modules described here,
  • Figure 24 is a schematic sectional view of a
  • FIGS. 25 to 27 show schematic plan views
  • Figures 1 and 2 are schematic perspective sectional views of an embodiment of a
  • Light-emitting diode module 1 is shown.
  • the light-emitting diode module 1 comprises a carrier 2.
  • the carrier 2 contains four main layers 21, 22, 23, 24 made of a structured, electrically conductive material, in particular made of copper. A first of the main locations
  • Carrier underside 26 The main layers 21, 24 on the main sides 20, 26 are structured to form electrical contact surfaces 27.
  • a second main layer is located inside the carrier 2
  • main layers 22, 23 are structured into conductor tracks. A numbering of the
  • Main layers 21, 22, 23, 24 take place from the carrier top 20 to the carrier underside 26. Between adjacent main layers 21, 22, 23, 24 there is an electrical one
  • insulating intermediate layer 25 for example from a
  • Warm white light-emitting light-emitting diodes 3W and cold white light are located on the upper side of the carrier
  • the light-emitting diodes 3K are arranged, for example, in a regular 4 ⁇ 4 matrix. Electrical contacts 31, 32 of the light-emitting diodes 3K, 3W face the carrier top 20.
  • the light-emitting diodes 3K, 3W are preferably individually controllable electrically.
  • One half of each of the light-emitting diodes 3K, 3W is assigned to one of the two large contact surfaces 27.
  • at least one of the large contact surfaces 27 can have a structure as a position marker 59, as is also possible in all other exemplary embodiments.
  • the first contacts 31 are each located above one
  • Via 4 which extends continuously from the first main layer 21 to the last main layer 24. This provides an efficient thermal connection between the first contacts 31 and the last main layer 24.
  • the second contacts 32 lie over electrical vias 4, which extend as far as the penultimate main layer 23 and thus close to the last main layer 24. This is also a thermal Resistance from the second contacts 32 to the carrier underside 26 is comparatively small.
  • the main layers 21, 22, 23, 24 are based on copper, for example.
  • a thickness of the main layers 21, 22, 23, 24 is between 15 mpi and 50 mpi inclusive.
  • the diameter of the vias is, for example, between 50 ⁇ m and 120 ⁇ m inclusive.
  • the metallization collar around the plated-through holes 4 has a width of at least 30 ⁇ m and / or at most 120 ⁇ m, for example.
  • Intermediate layers 25 are preferably relatively thin, in particular with a thickness between 10 ⁇ m and 40 ⁇ m, for example approximately 30 ⁇ m.
  • the middle intermediate layer 25 preferably has a greater thickness, for example between 60 ⁇ m and 0.2 mm inclusive.
  • a total thickness of the carrier 2 is preferably between 0.2 mm and 1 mm, in particular around 0.5 mm.
  • the plated-through holes 4 can be partially or completely filled with a metal such as copper and are preferably aligned for a current of at least 30 mA and / or of at most 0.5 A. The aforementioned values can also apply individually or in combination to all other exemplary embodiments.
  • the outer main layers 21, 24 can be structured to form the contact surfaces 27.
  • the inner main layers 22, 23 preferably each have a structured one
  • Metallization 28 so that conductor tracks can be formed. These metallizations 28 can by means of a electrical insulation layer 29 can be planarized so that the central main layers 22, 23 are also consistently one
  • the intermediate layers 25 can be laminated, for example.
  • Vias 4 can have electrical connections of different depths between different main layers 21, 22,
  • Figures 1 and 2 shown in a schematic plan view and in a schematic bottom view.
  • exemplary dimensions for the carrier 2 and for placing the light-emitting diodes 3K, 3W are shown.
  • the illustrated dimensions can apply individually or in combination.
  • Relative ratios of the dimensions to one another are preferably given with a tolerance of at most a factor of 2 or 1.5 or 1.2.
  • the contact surfaces 27 for cathode contacts are numbered CI to C16, the light-emitting diodes are numbered LI to L16.
  • the cathode contact CI and the anode contact Al are thus assigned to the light-emitting diode LI, and so on.
  • Eight of the light-emitting diodes are assigned to each of the two contact surfaces 27 for the anodes; the anode contacts are abbreviated with A.
  • the two types of light emitting diodes are 3W, 3K
  • the light-emitting diode LI emitting cold white is arranged antipoint-symmetric to the warm-white emitting light-emitting diode L16
  • the light-emitting diode L10 emitting cold white is antipoint-symmetric to the warm white emitting light emitting diode L7 arranged and so on.
  • Anode contact surfaces are arranged point-symmetrically.
  • the light-emitting diodes are arranged anti-mirror-symmetrically with respect to a mirror axis 36 running horizontally through the point of symmetry 35 in FIG.
  • the contact area CI which is to
  • Light-emitting diode LI belongs, arranged point-symmetrically to the contact surface C16 of the light-emitting diode L16. The is accordingly
  • the light-emitting diodes 3W, 3K are arranged in four quadrants, the quadrants being the same size.
  • the two lower quadrants in FIG. 6 and the two upper quadrants each merge into one another via translation.
  • An assignment of the contact areas for the cathodes CI to C16 does not take place in the same quadrant to the arrangement of the light emitting diodes 3W, 3K.
  • the conductor tracks 5 do not intersect the rows R.
  • Conductor tracks 5 are as short as possible. Furthermore, the
  • the conductor structure of FIG. 7 is mirror-symmetrical to the structure of FIG. 8, when viewed in plan view and side by side. This allows within the rows R the
  • the light-emitting diode 3 comprises a light-emitting diode chip 30, the
  • the light-emitting diode chip 30 is attached to the contacts 31, 32.
  • the contacts 31, 32 can be comparatively thick
  • Metallizations be formed.
  • Potting body 33 are embedded.
  • a phosphor layer 34 can be located on a side of the light-emitting diode chip 30 facing away from the contacts 31, 32. Seen in plan view, a total area of the light-emitting diode 3 is approximately one
  • a panel 9 which comprises several of the light-emitting diode modules 1. The single ones
  • Light-emitting diode modules 1 have comparatively small lateral dimensions.
  • the lateral dimensions For example, the lateral
  • the panel 9 can, for example, be sawed to form the light modules 1
  • side by side mounted light emitting diodes 3 can be produced.
  • the light-emitting diode module 1 has four different types of light-emitting diodes. So are green emitting light emitting diodes 3G, red emitting ones
  • Light-emitting diodes 3R, blue-emitting light-emitting diodes 3B and cyan-emitting light-emitting diodes 3C are present.
  • the light-emitting diodes are arranged in four quadrants, which can be mapped into one another by means of translation, see
  • Underside 26 has four large contact surfaces 27 as anode contacts and four small contact surfaces 27 for controlling one emission color each. This means that the individual colors can be controlled electrically independently of one another.
  • FIG. 15 shows that an arrangement 10 comprises four of the light-emitting diode modules 1.
  • the light-emitting diode modules 1 are each arranged rotated by 90 ° with respect to one another. Efficient color mixing across the arrangement 10 can thus be achieved.
  • the light-emitting diode modules 1 can also be attached in a regular 2 ⁇ 2 matrix.
  • FIGS. 16 and 17 show schematic interconnections of the light-emitting diodes in the two main layers 22, 23 on the inside. Again, the conductor tracks 5 do not cross the individual rows R. All light-emitting diode chips of a specific emission color are preferably electrically connected in a single main layer 22, 23.
  • Type of light emitting diodes are electrically combined. Thus there are a total of eight groups of light-emitting diodes that can be controlled independently of one another.
  • the arrangement of the light-emitting diodes on the carrier top 20 is analogous to FIGS. 12 to 14.
  • Anode contact surface available.
  • a grouping of light emitting diodes can be done via the
  • FIG. 24 illustrates that the arrangement 10 comprises a plurality of the light-emitting diode modules 1, for example in a 2 ⁇ 2 matrix.
  • the arrangement 10 also includes an optical system 8, which is preferably jointly arranged downstream of the light-emitting diode modules 1. Such an optical system 8 can also be present in all other exemplary embodiments of the arrangement 10.
  • one or more control units 6 for controlling the light-emitting diode modules 1 are present.
  • the arrangement 10 is in a motor vehicle 11,
  • the arrangement 10 is, for example, a reading light that
  • FIGS. 25 and 26 further are schematically shown
  • the arrangements 10 each include a control unit 6 which is assigned to a light-emitting diode module 1.
  • the arrangements 10 each include a control unit 6 which is assigned to a light-emitting diode module 1.
  • Light-emitting diode module 1 is constructed, for example, as illustrated in connection with FIGS. 1, 2 and 4 to 8.
  • a common assembly carrier as an assembly platform for the
  • Light-emitting diode module 1 and for the control unit 6 is not shown.
  • control unit 6 has a
  • Direct current output DC and 16 open collector outputs OC are the two larger ones
  • the 16 outputs are OC each assigned to one of the smaller contact areas for the cathode contacts of the light emitting diodes.
  • FIG. 26 shows that the control unit 6 has two switchable direct current outputs DC and only eight open collector outputs OC. The two
  • the larger contact areas for the anode contacts are each connected to one of the direct current outputs DC.
  • the smaller cathode contact surfaces are arranged in such a way that preferably adjacent ones along an edge line
  • Cathode contact surfaces can only be assigned to one of the outputs OC.
  • Cathode contact areas are each one of the two larger ones
  • control units 6 By using a plurality of anode contact surfaces, control units 6 with a simpler structure can thus be used, so that the arrangement 10 can be produced more cost-effectively.
  • the light-emitting diode module 1 and the control unit 6 can be attached to a mounting support (not shown), for example another printed circuit board.
  • Light-emitting diode modules 1, for example according to the
  • Figures 1 and 2 are constructed.
  • the two light-emitting diode modules 1 are rotated by 180 ° against each other and arranged side by side.
  • the invention encompasses every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly specified in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das Leuchtdiodenmodul (1) einen Träger (2) und mehrere Leuchtdioden (3). Dabei sind mehrere Leuchtdiodenarten vorhanden. Die Leuchtdioden (3) sind einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Die Leuchtdioden (3) weisen je einen ersten und einen zweiten elektrischen Kontakt (31, 32) auf. Der Träger (2) umfasst mehrere elektrisch leitfähige Hauptlagen (21..24), zwischen denen sich jeweils eine elektrisch isolierende Zwischenlage (25) befindet. Die Kontakte (31, 32) der Leuchtdioden (3) sind an einer Trägeroberseite (20) an einer der ersten Hauptlagen (21) angebracht. Ausgehend von den ersten Kontakten (31) sind elektrische Durchkontaktierungen (4) je mit einer letzten der Hauptlagen (24) direkt an einer Trägerunterseite (26) verbunden. Ausgehend von den zweiten Kontakten (32) enden elektrische Durchkontaktierungen (4) je an einer vorletzten der Hauptlagen (23), wobei sich die vorletzte Hauptlage (23) innerhalb des Trägers (2) befindet.

Description

Beschreibung
LEUCHTDIODENMODUL UND ANORDNUNG MIT EINEM LEUCHTDIODENMODUL
Es wird ein Leuchtdiodenmodul angegeben. Darüber hinaus wird eine Anordnung mit einem solchen Leuchtdiodenmodul angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein Leuchtdiodenmodul anzugeben, bei dem einzeln ansteuerbare Leuchtdioden
effizient kühlbar und elektrisch kontaktierbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Leuchtdiodenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das
Leuchtdiodenmodul einen Träger. Bei dem Träger handelt es sich beispielsweise um eine mehrlagige Leiterplatte. Der Träger weist eine Trägeroberseite auf. Der Trägeroberseite liegt eine Trägerunterseite gegenüber.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das
Leuchtdiodenmodul mehrere Leuchtdioden. Dabei sind je nach Anwendungsfall eine oder, bevorzugt, zwei oder mehr als zwei verschiedene Leuchtdiodenarten vorhanden. Die
Leuchtdiodenarten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer spektralen AbstrahlCharakteristik .
Die Leuchtdiodenarten unterscheiden sich durch
unterschiedliche Leuchtdiodenchips und/oder durch
unterschiedliche Leuchtstoffe, durch die innerhalb der betreffenden Leuchtdiode eine Wellenlängenkonversion von Strahlung eines Leuchtdiodenchips stattfinden kann. Die einzelnen Leuchtdioden der Leuchtdiodenarten können jeweils genau einen oder auch mehrere Leuchtdiodenchips enthalten
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leuchtdioden einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Sind die Leuchtdioden elektrisch zu Gruppen zusammengefasst, weisen die Gruppen bevorzugt je nur eine vergleichsweise kleine Anzahl von Leuchtdioden auf, bevorzugt höchstens 20 Leuchtdioden oder acht Leuchtdioden oder vier Leuchtdioden oder zwei Leuchtdioden. Bevorzugt ist jede
Leuchtdiode unabhängig von den übrigen Leuchtdioden
elektrisch ansteuerbar. Die Leuchtdioden sind mittels des Trägers elektrisch entsprechend verschaltet und verdrahtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Leuchtdioden je einen ersten elektrischen Kontakt und einen zweiten elektrischen Kontakt auf. An den elektrischen Kontakten ist die jeweils zugehörige Leuchtdiode elektrisch kontaktiert und bevorzugt auch mechanisch befestigt. Insbesondere sind der erste und der zweite elektrische Kontakt einer betreffenden Leuchtdiode die einzigen elektrischen und optional
mechanischen Kontakte dieser Leuchtdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger mehrere elektrisch leitfähige Hauptlagen. Die Hauptlagen sind beispielsweise durch Kupferlagen gebildet. Bevorzugt sind die Hauptlagen strukturiert, sodass Leiterbahnen und/oder
elektrische Kontaktflächen innerhalb der betreffenden
Hauptlage durch ein elektrisch leitfähiges Material,
insbesondere durch Kupfer, gebildet sein können. Die
Hauptlagen sind bevorzugt je durch eine elektrisch
isolierende Zwischenlage flächig voneinander elektrisch separiert. Die Hauptlagen werden vorliegend beginnend an der Trägeroberseite und hin zur Trägerunterseite fortlaufend durchnummeriert .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten elektrischen Kontakte der Leuchtdioden an der
Trägeroberseite an einer ersten der Hauptlagen des Trägers angebracht. Beispielsweise sind die Leuchtdioden mit den ersten und zweiten Kontakten auf die erste Hauptlage
angelötet oder elektrisch leitfähig aufgeklebt. Das heißt, abgesehen von einem Verbindungsmittel, wie einem Lot oder einem Kleber, befinden sich die ersten und zweiten
elektrischen Kontakte der Leuchtdioden bevorzugt direkt auf der ersten Hauptlage.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Kontakte der Leuchtdioden mittels elektrischer
Durchkontaktierungen jeweils mit einer letzten der Hauptlagen verbunden. Diese Durchkontaktierungen gehen somit von der ersten Hauptlage aus und reichen bis zur letzten Hauptlage. Die letzte Hauptlage befindet sich bevorzugt direkt an der Trägerunterseite .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform gehen die
Durchkontaktierungen für die ersten Kontakte in Draufsicht gesehen von den ersten Kontakten aus. Das heißt, die ersten Kontakte und die Durchkontaktierungen überdecken sich in Draufsicht bevorzugt teilweise oder vollständig. Alternativ bedeutet dies, dass ein Abstand zwischen den ersten Kontakten und den zugehörigen Durchkontaktierungen in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen bei höchstens 10 % oder 20 % oder 50 % einer mittleren Kantenlänge der dem betreffenden ersten Kontakt zugeordneten Leuchtdiode. Das heißt, die
Durchkontaktierungen für die ersten Kontakte befinden sich in Draufsicht gesehen direkt unter den ersten Kontakten oder zumindest nahe an den ersten Kontakten. Mittels dieser
Durchkontaktierungen für die ersten Kontakte ist eine
effiziente Entwarnung der Leuchtdioden gegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enden elektrische
Durchkontaktierungen, die von den zweiten Kontakten der
Leuchtdioden ausgehen, je an einer vorletzten der Hauptlagen. Diese vorletzte Hauptlage befindet sich innerhalb des
Trägers. Die vorletzte Hauptlage ist die der letzten
Hauptlage nächstgelegene Hauptlage. Die zweiten Kontakte können die zugeordneten elektrischen Durchkontaktierungen wiederum teilweise oder vollständig überdecken oder befinden sich in kleinem Abstand zu diesen Durchkontaktierungen, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen. Die
diesbezüglichen Ausführungen zu den ersten Kontakten gelten für die Durchkontaktierungen an den zweiten Kontakten
entsprechend. Dadurch, dass die Durchkontaktierungen an den zweiten Kontakten nahe an der Trägerunterseite enden, ist eine Entwärmung der Leuchtdioden durch den Träger hindurch verbessert .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
Leuchtdiodenmodul einen Träger und mehrere Leuchtdioden.
Dabei sind mindestens zwei verschiedene Leuchtdiodenarten vorhanden. Die Leuchtdioden sind einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Die
Leuchtdioden weisen je einen ersten und einen zweiten
elektrischen Kontakt auf. Der Träger umfasst mehrere
elektrisch leitfähige Hauptlagen, zwischen denen sich jeweils eine elektrisch isolierende Zwischenlage befindet. Die
Kontakte der Leuchtdioden sind an einer Trägeroberseite an einer der ersten Hauptlagen angebracht. Ausgehend von den ersten Kontakten sind elektrische Durchkontaktierungen je mit einer letzten der Hauptlagen direkt an einer Trägerunterseite verbunden. Ausgehend von den zweiten Kontakten enden
elektrische Durchkontaktierungen je an einer vorletzten der Hauptlagen, wobei sich die vorletzte Hauptlage innerhalb des Trägers befindet.
Bei dem hier beschriebenen Leuchtdiodenmodul werden bevorzugt Leuchtdioden verwendet, die in Draufsicht gesehen eine ähnliche Größe aufweisen wie ein zugeordneter
Leuchtdiodenchip. Solche Leuchtdioden werden auch als CSP, für Chip Sized Package, bezeichnet. Die Leuchtdioden sind bevorzugt regelmäßig angeordnet, insbesondere in einem matrixförmigen Raster aus Zeilen und Spalten. Die
Leuchtdioden weisen je nach Anwendungsfall bevorzugt eine oder mehrere gemeinsame Anoden oder gemeinsame Kathoden auf. Auch eine zeilenweise und/oder eine spaltenweise
Matrixverschaltung ist denkbar. Die Leuchtdioden sollen und können insbesondere über entsprechende Treiber-ICs einzeln elektrisch ansteuerbar sein.
Zum Beispiel mittels einer gemeinsamen oder mittels weniger gemeinsamer schaltbarer Quellen, speziell als Anode, und mittels vieler einzelner Open-Collector-Ausgängen eines Controller-ICs kann jede Leuchtdiode einzeln angesteuert werden. Als Träger kommt bevorzugt eine Leiterplatte, auch als PCB oder Printed Circuit Board bezeichnet, zum Einsatz. Aus Kostengründen liegen an dem Träger idealerweise möglichst wenig Leiterbahnlagen, wie Kupferlagen, vor.
Jede Leuchtdiode verfügt bevorzugt über zwei elektrische Kontakte, die wärmeleitend ausgebildet sind. Diese ersten und zweiten Kontakte stehen sich von einer Unterseite der betreffenden Leuchtdiode her betrachtet gegenüber. Durch die beiden Kontakte kann eine gedachte logische Längsachse der zugeordneten Leuchtdiode verlaufen, auch wenn die Leuchtdiode breiter als lang wäre. Die Leuchtdioden können in den Reihen oder in den Spalten derart angeordnet sein, sodass alle
Längsachsen der Leuchtdioden der jeweiligen Reihe oder Spalte auf einer gemeinsamen geraden Linie liegen.
Dadurch, dass direkt unter den Kontakten der Leuchtdioden, oder nur geringfügig gegenüber den Kontakten versetzt, die Durchkontaktierungen im Träger platziert sind, kann eine Abwärme der Leuchtdioden effizient durch den Träger hindurch zur letzten und vorletzten Hauptlage geführt werden. Somit kann auch die Abwärme über die zweiten Kontakte nahe an die unterste Hauptlage herangeführt werden, sodass durch große wärmeleitfähige Flächen an den Durchkontaktierungen eine effiziente Wärmeabfuhr erzielt werden kann.
Die inneren Hauptlagen des Trägers verfügen unterhalb eines Bereichs mit den Leuchtdioden bevorzugt über ein Feld aus Anodendurchkontaktierungen und Kathodendurchkontaktierungen. Alle Kathodendurchkontaktierungen oder
Anodendurchkontaktierungen sind bevorzugt an Leiterbahnen angeschlossen, die aus dem Inneren des Bereichs mit den
Leuchtdioden nach außen geführt sind, in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen. Bevorzugt werden alle
Anodendurchkontaktierungen oder Kathodendurchkontaktierungen ohne Leiterbahnen nach unten geführt und an großflächigen, gemeinsamen Anodenkontaktflächen angeschlossen. An der untersten Hauptlage befinden sich bevorzugt alle elektrischen Kontaktflächen zum externen elektrischen Kontaktieren und zum Montieren des Leuchtdiodenmoduls. Bevorzugt sind genau eine, genau zwei oder genau vier
verschiedene Arten von Leuchtdioden vorhanden, die in
verschiedenen Farben oder Farbtemperaturen emittieren. Die Leuchtdioden sind bevorzugt derart angeordnet, sodass durch Drehung des Moduls jeweils eine andere Farbe und/oder
Leuchtdiodenart an eine bestimmte Position rückt. Das heißt, bei zwei Farben kann mit einer Drehung um 180° und bei vier Farben mit einer Drehung um 90° beispielsweise eine bestimmte Ecke des Leuchtdiodenmoduls für jede Emissionsfarbe
eingerichtet werden. Das heißt, durch entsprechende Drehungen des Leuchtdiodenmoduls können verschiedene Konfigurationen mit unterschiedlichen Abstrahlcharakteristiken erhalten werden. Somit können insbesondere mehrere gleiche
Leuchtdiodenmodule verschieden arrangiert in einer
gemeinsamen Anordnung vorhanden sein.
Bevorzugt erfolgt eine Ansteuerung der Leuchtdioden über elektrische Kontaktflächen am Träger komplett
rotationssymmetrisch, sodass weder eine elektrische
Leiterbahnführung auf einer Montageplattform noch eine
Architektur einer Steuereinheit wesentlich geändert zu werden braucht, wenn Leuchtdiodenmodule unterschiedlich gedreht montiert werden. Die Symmetrie der Anschlussflächen des
Leuchtdiodenmoduls ist dabei bevorzugt sowohl geometrisch als auch elektrisch logisch gegeben.
Auf der Trägerunterseite des Leuchtdiodenmoduls befindet sich der zumindest eine gemeinsame Kontakt für die Anoden oder Kathoden, bevorzugt in einer Modulmitte unterhalb des
Bereichs mit den Leuchtdioden, um eine effiziente Entwärmung zu erzielen. Alle Leuchtdioden werden bevorzugt ähnlich effizient entwärmt . Dadurch wird ein Kontaktierprozess nicht unnötig verkompliziert und das thermische Verhalten der Leuchtdioden im Betrieb ist ähnlich.
Kathodenkontakte können außen um die Modulmitte herum angeordnet sein, in Draufsicht gesehen. Dabei können jeweils benachbarte Kathodenkontakte zu Leuchtdioden mit voneinander verschiedenen Anodenkontakten zugeordnet sein. Somit können unterschiedliche Ansteuereinheiten verwendet werden, insbesondere Ansteuereinheiten mit einem Stromausgang als auch mit zwei Stromausgängen.
Bevorzugt sind die Positionen der Leuchtdioden an dem Träger rotationssymmetrisch gewählt, die Leuchtdiodenarten dagegen sind bevorzugt antirotationssymmetrisch platziert. Das bedeutet, dass bei Drehung um einen Symmetriewinkel jeweils Leuchtdioden mit einer anderen Abstrahlcharakteristik bevorzugt exakt zur Deckung kommen. Zum Beispiel ein
originales Schachbrettmuster wäre demgemäß
rotationssymmetrisch, wohingegen ein Schachbrettmuster, in der Mitte aufgeschnitten und die untere Hälfte um die
Vertikalachse gespiegelt, als um 180°
antirotationssymmetrisch zu betrachten ist.
Bei dem hier beschriebenen Leuchtdiodenmodul verläuft somit eine Durchkontaktierung für jede Leuchtdiode ausgehend von einem der Kontakte direkt bis zur letzten Kupferlage des Trägers. Eine zweite Kontaktierung für die zweiten Kontakte der Leuchtdioden läuft bis auf die vorletzte Kupferlage. Im Bereich der zu den Leuchtdiodenkontakten gehörenden
Durchkontaktierungen verlaufen elektrische Leiterbahnen bevorzugt parallel zueinander, wobei hier eine logische Parallelität gemeint ist und eine geometrische Parallelität nicht unbedingt exakt erfüllt zu sein braucht. Leiterbahnen werden bevorzugt auf eine geradzahlige Anzahl von Hauptlagen verteilt, zum Beispiel auf zwei Kupferlagen bei 16 Leuchtdioden. Jeweils zwei Leiterbahn-Hauptlagen sind bevorzugt spiegelsymmetrisch und/oder rotationssymmetrisch zueinander gestaltet. Gemeint ist insbesondere eine logische Symmetrie, nicht zwingend auch eine exakte geometrische
Symmetrie. Bevorzugt liegt eine Rotationssymmetrie um 180° vor. Elektrische Kontaktflächen auf der untersten Hauptlage behalten ihre räumliche und logische Zuordnung zu den
Positionen der Leuchtdiodenkontakte bei Drehung um 180° im Falle zweier Leuchtdiodenarten, oder bei Drehung um 90° im Falle von vier Leuchtdiodenarten, bevorzugt bei.
Mit diesem Leuchtdiodenmodul ist eine effiziente Ausnutzung der mittleren Hauptlagen für eine elektrische und thermische Anbindung der Leuchtdioden gegeben. Damit ist mehr Platz für mögliche Zusatzfunktionen auf der ersten Hauptlage erzielbar. Es wird eine minimal notwendige Anzahl von Hauptlagen für eine Leiterbahnführung und für eine elektrische Kontaktierung der Leuchtdioden erzielt, sodass kosteneffiziente Träger verwendbar sind. Außerdem kann eine maximal mögliche
Wärmeleitung in vertikaler Richtung von der ersten hin zur letzten Hauptlage erreicht werden. Weiterhin ist eine
bestmögliche Wärmeabfuhr der zweiten Leuchtdiodenkontakte von der ersten zur vorletzten Hauptlage erzielbar.
Es ist ein Aufwand beim Führen und Gestalten von Leiterbahnen durch zusätzliche Kontrollmöglichkeiten und durch eine erhöhte Übersichtlichkeit gegeben, sodass eine
Fehlerwahrscheinlichkeit beim Erzeugen oder beim Konstruieren der Leiterbahnen reduzierbar ist. Durch eine
rotationssymmetrische Verwendbarkeit des Leuchtdiodenmoduls ist es möglich, verschiedene Farben durch entsprechende
Abbildungsoptiken im Falle einer Anordnung aus mehreren
Leuchtdiodenmodulen effizient zu überlagern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger zwischen einschließlich vier und acht der Hauptlagen.
Insbesondere sind genau vier oder genau sechs der Hauptlagen vorhanden, besonders bevorzugt genau vier Hauptlagen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen zwei oder mehr als zwei benachbarte Hauptlagen je elektrische Leiterbahnen auf. Bei diesen Hauptlagen handelt es sich bevorzugt um innenliegende Hauptlagen. Insbesondere sind die den zweiten Kontakten zugeordneten Durchkontaktierungen mittels dieser Leiterbahnen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die zweite
Hauptlage und die vorletzte, damit insbesondere dritte
Hauptlage je elektrische Leiterbahnen auf. Bei der zweiten und dritten Hauptlage handelt es sich um innenliegende
Hauptlagen. Es ist möglich, dass ausschließlich die zweite und die dritte Hauptlage elektrische Leiterbahnen beinhalten. Das heißt, die Hauptlagen an der Trägeroberseite und an der Trägerunterseite können frei von Leiterbahnen sein. Demgemäß können alle innenliegenden Hauptlagen mit Leiterbahnen versehen sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die den zweiten Kontakten zugeordneten Durchkontaktierungen mittels der
Leiterbahnen der zweiten und der dritten Hauptlage elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar. Das heißt, eine
elektrische Verschaltung innerhalb des Trägers erfolgt bevorzugt ausschließlich über die innenliegenden Hauptlagen, speziell ausschließlich über die zweite und dritte Hauptlage.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leiterbahnen der zweiten und der vorletzten Hauptlage punktsymmetrisch oder spiegelsymmetrisch zueinander gestaltet. Dies ist zu sehen, wenn die entsprechenden Hauptlagen nebeneinandergelegt werden und in Draufsicht gesehen betrachtet werden. Die
Spiegelsymmetrie oder Punktsymmetrie kann geometrisch
eingehalten werden oder zielt lediglich auf eine logische, elektrische Struktur der Leiterbahnen ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leuchtdioden entlang einer oder mehrerer Reihen angeordnet. Die ersten und zweiten Kontakte der Leuchtdioden in einer bestimmten Reihe sind bevorzugt entlang einer geraden Linie angeordnet. Pro Reihe von Leuchtdioden ist bevorzugt genau eine Reihe von elektrischen Kontakten gegeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform schneiden die
Leiterbahnen die mindestens eine Reihe mit Leuchtdioden nicht. Somit können Leiterbahnen zwischen benachbarten Reihen verlaufen, jedoch nicht zwischen oder unter Leuchtdioden innerhalb einer bestimmten Reihe. Dadurch können die
elektrischen Kontakte, die Leuchtdioden und die zugehörigen Durchkontaktierungen innerhalb einer Reihe dicht
nebeneinander gesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger an der Trägerunterseite und/oder an der Trägeroberseite zwei oder mehr als zwei elektrische Kontaktflächen zur externen elektrischen Anbindung der ersten Kontakte der Leuchtdioden. Alternativ ist lediglich eine elektrische Kontaktfläche zur elektrischen Anbindung aller ersten Kontakte an der Trägerunterseite vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere
elektrische Kontaktflächen an der Trägerunterseite vorhanden. Jede dieser Kontaktflächen ist für die ersten Kontakte eingerichtet, sodass pro Kontaktfläche mehrere der
Durchkontaktierungen, die von den ersten Kontakten ausgehen, an der entsprechenden elektrischen Kontaktfläche enden. Die Durchkontaktierungen für die ersten Kontakte können den
Träger vollständig durchlaufen und/oder ununterbrochen von der ersten Hauptlage bis zur letzten Hauptlage reichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger an der Trägerunterseite und/oder an der Trägeroberseite mehrere elektrische Kontaktflächen zur individuellen oder
gruppenweisen externen elektrischen Anbindung der zweiten Kontakte der Leuchtdioden auf. Insbesondere liegt eine eineindeutige Zuordnung zwischen diesen Kontaktflächen und den zweiten Kontakten vor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegen die elektrischen Kontaktflächen für die zweiten Kontakte in Draufsicht auf die Trägerunterseite gesehen neben den Leuchtdioden. Diese
Kontaktflächen zur externen elektrischen Kontaktierung der zweiten Kontakte sind je mit mindestens einer elektrischen Durchkontaktierung mit zumindest einer innenliegenden
Hauptlage des Trägers elektrisch verbunden.
Ein Strompfad zu den zweiten Kontakten erfolgt somit
bevorzugt über die entsprechenden Durchkontaktierungen direkt an den zweiten Kontakten, über eine innenliegende Hauptlage und über eine elektrische Durchkontaktierung an den externen elektrischen Kontaktflächen hin zu den elektrischen Kontaktflächen . Dabei können alle Durchkontaktierungen senkrecht oder näherungsweise senkrecht zur Trägeroberseite und/oder zur Trägerunterseite verlaufen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leuchtdioden in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen
antipunktsymmetrisch angeordnet. Damit kann jede Leuchtdiode einer ersten der Leuchtdiodenarten mittels Punktsymmetrie in eine der Leuchtdioden einer zweiten der Leuchtdiodenarten abbildbar sein. Für alle Leuchtdioden ist dabei bevorzugt genau ein gemeinsamer Symmetriepunkt für die Punktsymmetrie vorhanden. Es sind bevorzugt genau zwei verschiedene
Leuchtdiodenarten vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Kontaktflächen für die zweiten Kontakte von Leuchtdioden, wobei diese
Leuchtdioden antipunktsymmetrisch zueinander angeordnet sind, punktsymmetrisch zueinander orientiert und angeordnet. Das heißt, es liegt eine Punktsymmetrie zwischen den betreffenden Leuchtdioden sowie zwischen den diesen Leuchtdioden
zugeordneten Kontaktflächen für die zweiten Kontakte vor. Beide Punktsymmetrien weisen in dieser Ausführungsform den gleichen, gemeinsamen Symmetriepunkt auf.
Es kann je nach Anwendungsfall aber auch von Vorteil sein, wenn die beiden Symmetriepunkte in Draufsicht gesehen nicht deckungsgleich sind. So könnte die Matrix mit den
Leuchtdiodenchips an einem Ende eines länglichen Moduls sitzen und die Kontaktflächen könnten am anderen Ende
positioniert sein. Speziell bei Modulen mit großen
Leuchtdiodenchip-Feldern kann dies bevorzugt sein, um die Leuchtdiodenchip-Bereiche mehrerer Module eng beieinander platzieren zu können. Die zuvor beschriebenen Vorteile durch die Punktsymmetrien blieben trotzdem erhalten.
Die Kontaktflächen sowie die zugeordneten Leuchtdioden können unterschiedlich weit vom Symmetriepunkt entfernt sein und unterschiedliche Rotationswinkel um den Symmetriepunkt aufweisen, bezogen auf eine Referenzlinie durch den
Symmetriepunkt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leuchtdioden in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen derart
antispiegelsymmetrisch angeordnet, sodass jede Leuchtdiode einer ersten der Leuchtdiodenarten mittels Spiegelsymmetrie in eine der Leuchtdioden einer zweiten der Leuchtdiodenarten abbildbar ist. Dies kann auch für dritte und vierte
Leuchtdiodenarten gelten. Insbesondere sind jedoch genau zwei Leuchtdiodenarten vorhanden. Es ist möglich, dass genau eine Spiegellinie vorliegt. Die Spiegellinie ist bevorzugt
senkrecht zu den Reihen, entlang derer die Leuchtdioden angeordnet sind, ausgerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform zeigen in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen die Kontaktflächen,
insbesondere die Kontaktflächen für die zweiten Kontakte, und die zugehörigen Leuchtdioden den gleichen Symmetriepunkt auf. Dies gilt insbesondere für eine Punktsymmetrie .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine
Gesamtanordnung der Leuchtdioden in Draufsicht auf die
Trägeroberseite gesehen in vier gleich große Quadranten unterteilbar. Die Quadranten weisen gleiche Anzahlen von Leuchtdioden auf. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind alle Quadranten der Gesamtanordnung mittels Translation oder mittels
Translation in Kombination mit Rotation ineinander abbildbar. Das heißt, die Quadranten können hinsichtlich der Anordnung der Leuchtdioden sowie der Verteilung der Leuchtdiodenarten gleich oder bis auf Rotation gleich gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine der genau zwei Leuchtdiodenarten aus mehreren Leuchtdioden zur Erzeugung von warmweißem Licht gebildet. Die andere der Leuchtdiodenarten ist aus mehreren Leuchtdioden zur Erzeugung von kaltweißem Licht gebildet. Die beiden Leuchtdiodenarten weisen bevorzugt die gleiche Zahl von Leuchtdioden auf. Warmweiß bezieht sich insbesondere auf eine korrelierte Farbtemperatur des
emittierten Lichts von 2000 K bis 5000 K, kaltweißes Licht bezeichnet insbesondere weißes Licht mit einer korrelierten Farbtemperatur von über 5000 K bis 8500 K.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Leuchtdiodenmodul genau vier verschiedene Leuchtdiodenarten auf. Pro Leuchtdiodenart sind bevorzugt mehrere Leuchtdioden vorhanden. Insbesondere ist eine Leuchtdiodenart zur
Erzeugung von rotem Licht, eine Leuchtdiodenart zur Erzeugung von grünem Licht und eine Leuchtdiodenart zur Erzeugung von blauem Licht vorhanden. Weiterhin kann eine Leuchtdiodenart zur Erzeugung von cyanfarbigem Licht, auch als lagunfarbiges Licht bezeichnet, und/oder zur Erzeugung von gelbem Licht vorhanden sein.
Blaues Licht bezeichnet insbesondere Licht mit einer
dominanten Wellenlänge zwischen einschließlich 420 nm und 480 nm. Cyanfarbiges Licht bezeichnet insbesondere Licht mit einer dominanten Wellenlänge von mehr als 480 nm und von höchstens 515 nm, grün bezeichnet vorliegend Licht mit einer dominanten Wellenlänge von mehr als 515 nm und von höchstens 550 nm. Als gelbes Licht wird Licht mit einer dominanten Wellenlänge oberhalb von 550 nm bis einschließlich 585 nm bezeichnet, rotes Licht bezieht sich auf dominante
Wellenlängen oberhalb von 585 nm bis einschließlich 650 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Leuchtdioden jeweils oberflächenmontierbare Bauteile. Das heißt, alle elektrischen Kontakte der Leuchtdioden befinden sich an einer einzigen Seite der Leuchtdioden, die bevorzugt dem Träger zugewandt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Leuchtdiodenmodul mindestens acht oder zwölf der
Leuchtdioden. Alternativ oder zusätzlich sind höchstens 300 oder 144 oder 64 oder 36 der Leuchtdioden pro
Leuchtdiodenmodul vorhanden. Bevorzugt liegt die Zahl der Leuchtdioden bei 16.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist in Draufsicht auf die Trägeroberseite gesehen eine mittlere Kantenlänge der Leuchtdioden je um höchstens einen Faktor 3 oder 2 oder 1,5 oder 1,1 größer als eine mittlere Kantenlänge eines
Leuchtdiodenchips der betreffenden Leuchtdiode. Das heißt, eine lichtemittierende Fläche eines Leuchtdiodenchips kann ungefähr gleich groß sein wie eine Fläche der zugehörigen Leuchtdiode. Damit ist innerhalb der Modulmitte, in der die Leuchtdioden auf dem Träger angeordnet sind, eine hohe
Leuchtdichte erzielbar und die Leuchtdioden können
hinsichtlich ihrer lichtemittierenden Flächen dicht
nebeneinander angeordnet sein. Darüber hinaus wird eine Anordnung mit einem oder mit
mehreren Leuchtdiodenmodulen angegeben. Merkmale für die Anordnung sind auch für die Leuchtdiodenmodule offenbart und umgekehrt .
In mindestens einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eine oder mehrere Kontrolleinheiten, beispielsweise durch Mikrocontroller-ICs gebildet. Die Leuchtdioden sind mittels der zugeordneten Kontrolleinheit einzeln oder in Gruppen unabhängig voneinander ansteuerbar. Zwischen den
Leuchtdiodenmodulen und den Kontrolleinheiten kann eine eineindeutige Zuordnung bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die mindestens eine Kontrolleinheit beabstandet von dem zugeordneten Träger angeordnet. Alternativ ist es möglich, dass die
Kontrolleinheit auf dem Träger oder an dem Träger angebracht ist oder auch in dem Träger integriert ist. Das heißt, der Träger kann optional einen eingebetteten Mikrochip für die Kontrolleinheit aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anordnung mehrere der Leuchtdiodenmodule. Die Leuchtdiodenmodule können zu einer oder zu mehreren Baugruppen zusammengefasst sein. Beispielsweise sind mehrere Baugruppen mit 2 x 2
Leuchtdiodenmodulen vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Anordnung eine oder mehrere Optiken. Zwischen den Baugruppen und den Optiken besteht bevorzugt eine eineindeutige Zuordnung. Bei den Optiken handelt es sich beispielsweise um Linsen wie Sammellinsen oder Fresnellinsen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Anordnung als Innenbeleuchtung in einem Kraftfahrzeug verbaut.
Beispielsweise handelt es sich bei der Anordnung um ein
Leselicht in einem Auto. Das Leselicht kann individuellen Sitzplätzen zugeordnet sein, sodass pro Sitzplatz eine hier beschriebene Anordnung vorhanden sein kann.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Leuchtdiodenmodul und eine hier beschriebene Anordnung unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine
maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische perspektivische
Schnittdarstellungen eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls,
Figur 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Trägers für hier beschriebene Leuchtdiodenmodule,
Figuren 4 und 5 eine schematische Draufsicht und eine
schematische Unteransicht eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls,
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Zuordnung
zwischen Leuchtdioden und elektrischen
Kontaktflächen eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls , Figuren 7 und 8 schematische Draufsichten auf
Leiterbahnstrukturen von innenliegenden Hauptlagen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Leuchtdiodenmodulen,
Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels einer Leuchtdiode für hier beschriebene Leuchtdiodenmodule,
Figur 10 eine schematische Draufsicht auf ein Panel mit hier beschriebenen Leuchtdiodenmodulen,
Figur 11 eine schematische perspektivische Darstellung von
Leuchtdiodenmodulen und Panelen,
Figuren 12 und 13 schematische perspektivische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls ,
Figuren 14 und 15 schematische Draufsichten auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls und einer zugehörigen Anordnung,
Figuren 16 und 17 schematische Verdrahtungsdarstellungen von innenliegenden Hauptlagen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Leuchtdiodenmodulen,
Figuren 18 und 19 schematische perspektivische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls , Figur 20 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Leuchtdiodenmoduls ,
Figur 21 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit mehreren hier beschriebenen Leuchtdiodenmodulen,
Figuren 22 und 23 schematische Verdrahtungsdarstellungen von innenliegende Hauptlagen für Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Leuchtdiodenmodulen,
Figur 24 eine schematische Schnittdarstellung eines
Kraftfahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Anordnung, und
Figuren 25 bis 27 schematische Draufsichten auf
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen Anordnungen .
In den Figuren 1 und 2 sind schematische perspektivische Schnittdarstellungen eines Ausführungsbeispiels eines
Leuchtdiodenmoduls 1 gezeigt. Das Leuchtdiodenmodul 1 umfasst einen Träger 2. Der Träger 2 beinhaltet vier Hauptlagen 21, 22, 23, 24 aus einem strukturierten, elektrisch leitfähigen Material, insbesondere aus Kupfer. Eine erste der Hauptlagen
21 befindet sich direkt an einer Trägeroberseite 20 und eine vierte der Hauptlagen 24 befindet sich direkt an einer
Trägerunterseite 26. Die Hauptlagen 21, 24 an den Hauptseiten 20, 26 sind zu elektrischen Kontaktflächen 27 strukturiert.
Im Inneren des Trägers 2 befindet sich eine zweite Hauptlage
22 und eine dritte Hauptlage 23. Diese Hauptlagen 22, 23 sind zu Leiterbahnen strukturiert. Eine Nummerierung der
Hauptlagen 21, 22, 23, 24 erfolgt von der Trägeroberseite 20 hin zur Trägerunterseite 26. Zwischen benachbarten Hauptlagen 21, 22, 23, 24 befindet sich jeweils eine elektrisch
isolierende Zwischenlage 25, zum Beispiel aus einem
faserverstärkten Epoxid.
An der Trägeroberseite 20 befinden sich warmweißes Licht emittierende Leuchtdioden 3W und kaltweißes Licht
emittierende Leuchtdioden 3K. Die Leuchtdioden 3W, 3K sind zum Beispiel in einer regelmäßigen 4 x 4-Matrix angeordnet. Elektrische Kontakte 31, 32 der Leuchtdioden 3K, 3W sind der Trägeroberseite 20 zugewandt. Die Leuchtdioden 3K, 3W sind bevorzugt elektrisch einzeln ansteuerbar.
An der Trägerunterseite 26 befinden sich zwei große
Kontaktflächen 27, insbesondere für Anoden der Leuchtdioden 3K, 3W. Jeweils eine Hälfte der Leuchtdioden 3K, 3W ist einer der beiden großen Kontaktflächen 27 zugeordnet. Um eine richtige Orientierung des Leuchtdiodenmoduls 1 bei einer Montage zu gewährleisten, kann zumindest eine der großen Kontaktflächen 27 eine Strukturierung als Positionsmarkierung 59 aufweisen, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich .
Die ersten Kontakte 31 befinden sich jeweils über einer
Durchkontaktierung 4, die von der ersten Hauptlage 21 durchgehend bis zur letzten Hauptlage 24 reicht. Damit ist eine effiziente thermische Anbindung der ersten Kontakte 31 an die letzte Hauptlage 24 gegeben. Die zweiten Kontakte 32 liegen über elektrischen Durchkontaktierungen 4, die bis zur vorletzten Hauptlage 23 und damit bis nahe an die letzte Hauptlage 24 heranreichen. Damit ist auch ein thermischer Widerstand von den zweiten Kontakten 32 hin zur Trägerunterseite 26 vergleichsweise klein.
Die Hauptlagen 21, 22, 23, 24 basieren beispielsweise auf Kupfer. Eine Dicke der Hauptlagen 21, 22, 23, 24 liegt zum Beispiel zwischen einschließlich 15 mpi und 50 mpi. Ein
Durchmesser der Durchkontaktierungen liegt beispielsweise zwischen einschließlich 50 pm und 120 pm. Ein
Metallisierungskragen um die Durchkontaktierungen 4 herum weist beispielsweise eine Breite von mindestens 30 pm und/oder von höchstens 120 pm auf. Die beiden äußeren
Zwischenlagen 25 sind bevorzugt relativ dünn, insbesondere mit einer Dicke zwischen einschließlich 10 pm und 40 pm, beispielsweise ungefähr 30 pm. Die mittlere Zwischenlage 25 weist bevorzugt eine größere Dicke auf, beispielsweise zwischen einschließlich 60 pm und 0,2 mm. Für eine bessere Lötbarkeit können die Kontaktflächen 27 mit einer
metallischen Beschichtung, beispielsweise aus NiAu mit einer Dicke um 7 pm, versehen sein. Eine Gesamtdicke des Trägers 2 liegt bevorzugt zwischen einschließlich 0,2 mm und 1 mm, insbesondere um 0,5 mm. Die Durchkontaktierungen 4 können teilweise oder vollständig mit einem Metall wie Kupfer ausgefüllt sein und sind bevorzugt für einen Strom von mindestens 30 mA und/oder von höchstens 0,5 A ausgerichtet. Die vorgenannten Werte können einzeln oder in Kombination auch für alle anderen Ausführungsbeispiele gelten.
In Figur 3 ist der Aufbau des Trägers 2 schematisch
dargestellt. Die äußeren Hauptlagen 21, 24 können zu den Kontaktflächen 27 strukturiert sein. Die inneren Hauptlagen 22, 23 weisen bevorzugt jeweils eine strukturierte
Metallisierung 28 auf, sodass Leiterbahnen gebildet sein können. Diese Metallisierungen 28 können mittels einer elektrischen Isolationsschicht 29 planarisiert sein, sodass auch die mittleren Hauptlagen 22, 23 durchweg eine
gleichbleibende Dicke aufweisen und die Zwischenlagen 25 beispielsweise auflaminiert sein können. Die
Durchkontaktierungen 4 können verschieden tiefe elektrische Verbindungen zwischen unterschiedlichen Hauptlagen 21, 22,
23, 24 hersteilen.
In den Figuren 4 und 5 ist das Ausführungsbeispiel der
Figuren 1 und 2 in einer schematischen Draufsicht und in einer schematischen Unteransicht dargestellt. Es sind jeweils beispielhafte Maße für den Träger 2 und für eine Platzierung der Leuchtdioden 3K, 3W dargestellt. Die illustrierten Maße können einzeln oder in Kombination gelten. Bevorzugt sind relative Verhältnisse der Maße zueinander mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 2 oder 1,5 oder 1,2 gegeben.
In Figur 6 ist eine elektrische Zuordnung zwischen den
Kontaktflächen 27 und den Leuchtdioden 3W, 3K dargestellt.
Die Kontaktflächen 27 für Kathodenkontakte sind dabei mit CI bis C16 nummeriert, die Leuchtdioden sind mit LI bis L16 nummeriert. Der Leuchtdiode LI ist somit der Kathodenkontakt CI sowie der Anodenkontakt Al zugeordnet und so weiter. Den beiden Kontaktflächen 27 für die Anoden sind jeweils acht der Leuchtdioden zugeordnet, die Anodenkontakte sind mit A abgekürzt .
Die zwei Arten von Leuchtdioden 3W, 3K sind
antipunktsymmetrisch zu einem Mittelpunkt und Symmetriepunkt 35 des Trägers 2 angeordnet. Beispielsweise ist die kaltweiß emittierende Leuchtdiode LI antipunktsymmetrisch zur warmweiß emittierenden Leuchtdiode L16 angeordnet, die kaltweiß emittierende Leuchtdiode L10 ist antipunktsymmetrisch zur warmweiß emittierenden Leuchtdiode L7 angeordnet und so weiter. Die den Leuchtdioden zugeordneten
Anodenkontaktflächen sind gleichermaßen punktsymmetrisch angeordnet. Außerdem sind die Leuchtdioden bezüglich einer in Figur 6 horizontal durch den Symmetriepunkt 35 verlaufenden Spiegelachse 36 antispiegelsymmetrisch angeordnet.
So ist beispielsweise die Kontaktfläche CI, die zur
Leuchtdiode LI gehört, punktsymmetrisch zur Kontaktfläche C16 der Leuchtdiode L16 angeordnet. Entsprechend ist die
Kontaktfläche CIO der Leuchtdiode L10 punktsymmetrisch zur Kontaktfläche C7 der Leuchtdiode L7 angeordnet und so weiter. Das heißt, antipunktsymmetrisch angeordnete Leuchtdioden der Leuchtdiodenarten haben entsprechend punktsymmetrisch
angeordnete Kathodenkontakte.
Die Leuchtdioden 3W, 3K sind in vier Quadranten angeordnet, wobei die Quadranten gleich groß sind. Die beiden in Figur 6 unteren Quadranten sowie die beiden oberen Quadranten gehen jeweils über Translation ineinander über. Eine Zuordnung der Kontaktflächen für die Kathoden CI bis C16 erfolgt nicht quadrantengleich zur Anordnung der Leuchtdioden 3W, 3K.
Zumindest innerhalb der jeweiligen Quadranten sind
benachbarte Kathodenkontaktflächen CI bis C16 alternierend den beiden Kontaktflächen 27 für die Anodenkontakte
zugeordnet .
In den Figuren 7 und 8 sind schematisch die Strukturierungen der innenliegenden Hauptlagen 22, 23 gezeigt. Alle Kontakte von Leuchtdioden, die in einer Reihe R angeordnet sind, liegen ebenso auf einer geraden Linie wie die zugehörigen Leuchtdioden. Mittels Leiterbahnen 5 sind die entsprechenden Kontaktflächen über die Durchkontaktierungen 4 mit den entsprechenden elektrischen Kontaktflächen verbunden.
Die Leiterbahnen 5 schneiden die Reihen R nicht. Die
Leiterbahnen 5 sind möglichst kurz. Ferner ist die
Leiterstruktur der Figur 7 spiegelsymmetrisch zur Struktur der Figur 8, wenn in Draufsicht und nebeneinanderliegend betrachtet. Damit können innerhalb der Reihen R die
Durchkontaktierungen 4 dicht nebeneinander liegen.
In Figur 9 ist schematisch in Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel einer Leuchtdiode 3 illustriert. Die Leuchtdiode 3 umfasst einen Leuchtdiodenchip 30, der
beispielsweise auf dem Materialsystem AlInGaN basiert. Der Leuchtdiodenchip 30 ist an den Kontakten 31, 32 angebracht. Die Kontakte 31, 32 können durch vergleichsweise dicke
Metallisierungen gebildet sein.
Es ist möglich, dass die Kontakte 31, 32 in einen
Vergusskörper 33 eingebettet sind. An einer den Kontakten 31, 32 abgewandten Seite des Leuchtdiodenchips 30 kann sich eine LeuchtstoffSchicht 34 befinden. In Draufsicht gesehen liegt eine Gesamtfläche der Leuchtdiode 3 ungefähr bei einer
Gesamtfläche des Leuchtdiodenchips 30.
In Figur 10 ist ein Panel 9 illustriert, das mehrere der Leuchtdiodenmodule 1 umfasst. Die einzelnen
Leuchtdiodenmodule 1 weisen vergleichsweise kleine laterale Abmessungen auf. Beispielsweise liegen die lateralen
Abmessungen jeweils im Bereich von 5 mm. Das Panel 9 kann beispielsweise mittels Sägen zu den Leuchtmodulen 1
vereinzelt werden. In Figur 11 ist illustriert, dass aus dem Panel 9 auch
Leuchtdiodenmodule 1 mit mehreren Bereichen von dicht
nebeneinander angebrachten Leuchtdioden 3 hergestellt werden können .
In den Figuren 12 bis 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Leuchtdiodenmoduls 1 dargestellt. Das Leuchtdiodenmodul 1 weist vier verschiedene Arten von Leuchtdioden auf. So sind grün emittierende Leuchtdioden 3G, rot emittierende
Leuchtdioden 3R, blau emittierende Leuchtdioden 3B und cyanfarbig emittierende Leuchtdioden 3C vorhanden.
Die Leuchtdioden sind in vier Quadranten angeordnet, die mittels Translation ineinander abbildbar sind, siehe
insbesondere die Figuren 12 und 14. An jeder Ecke der
Quadranten und auch an jeder Ecke der Gesamtanordnung der Leuchtdioden befindet sich eine andersfarbig emittierende Leuchtdiode .
Wie insbesondere aus Figur 13 zu erkennen, sind an der
Unterseite 26 vier große Kontaktflächen 27 als Anodenkontakte vorhanden sowie vier kleine Kontaktflächen 27 zur Ansteuerung jeweils einer Emissionsfarbe. Das heißt, die einzelnen Farben sind unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar. Je
Quadrant ist insbesondere genau eine Kontaktflächen 27 als Anodenkontakt vorhanden.
In Figur 15 ist gezeigt, dass eine Anordnung 10 vier der Leuchtdiodenmodule 1 umfasst. Die Leuchtdiodenmodule 1 sind jeweils um 90° gegeneinander gedreht angeordnet. Damit lässt sich eine effiziente Farbdurchmischung über die Anordnung 10 hinweg erzielen. Anstatt einer linearen Anordnung der Leuchtdiodenmodule 1 können die Leuchtdiodenmodule 1 auch in einer regelmäßigen 2 x 2-Matrix angebracht sein.
Die Figuren 16 und 17 zeigen schematische Verschaltungen der Leuchtdioden in den beiden innenliegenden Hauptlagen 22, 23. Wiederum kreuzen die Leiterbahnen 5 die einzelnen Reihen R nicht. Alle Leuchtdiodenchips einer bestimmten Emissionsfarbe sind elektrisch bevorzugt in einer einzigen Hauptlage 22, 23 verschaltet .
Auch im Ausführungsbeispiel der Figuren 18 bis 23 sind vier Leuchtdiodenarten vorhanden, analog zu den Figuren 13 bis 17. Jeweils zwei Leuchtdioden der vier Leuchtdioden einer
Leuchtdiodenart sind elektrisch zusammengelegt. Somit sind insgesamt acht unabhängig voneinander ansteuerbare Gruppen von Leuchtdioden vorhanden. Die Anordnung der Leuchtdioden an der Trägeroberseite 20 ist analog zu den Figuren 12 bis 14.
An Eckbereichen der vier Quadranten sind bevorzugt zwei
Kathodenkontakte für eine bestimmte Emissionsfarbe vorhanden. Wiederum ist pro Quadrant bevorzugt eine gemeinsame
Anodenkontaktfläche vorhanden.
Die Verschaltung der Leuchtdioden in den zwei innenliegenden Hauptlagen 22, 23 ist in den Figuren 22 und 23 erläutert.
Eine Gruppierung von Leuchtdioden kann dabei über die
Hauptlagen 22, 23 hinweg erfolgen. So ist beispielsweise die rechte obere Kontaktfläche für eine der grün emittierenden Gruppen an die zugehörigen Leuchtdioden sowohl über die zweite Hauptlage 22 als auch über die dritte Hauptlage 23 angeschlossen. Die Durchkontaktierungen 4 sind entsprechend gestaltet, sodass die benötigten Hauptlagen 21, 22, 23, 24 elektrisch miteinander bereichsweise verschaltet sind. In Figur 24 ist veranschaulicht, dass die Anordnung 10 mehrere der Leuchtdiodenmodule 1 umfasst, beispielsweise in einer 2 x 2-Matrix. Die Anordnung 10 umfasst außerdem eine Optik 8, die den Leuchtdiodenmodulen 1 bevorzugt gemeinsam nachgeordnet ist. Eine solche Optik 8 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Anordnung 10 vorhanden sein. Weiterhin sind eine oder mehrere Kontrolleinheiten 6 zum Ansteuern der Leuchtdiodenmodule 1 vorhanden.
Die Anordnung 10 ist in einem Kraftfahrzeug 11,
beispielsweise einem Auto, verbaut. Bei der Anordnung 10 handelt es sich beispielsweise um ein Leselicht, das
einzelnen Sitzplätzen im Kraftfahrzeug 11 zugeordnet ist. Pro Sitzplatz kann eine der Anordnungen 10 vorhanden sein. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur eine einzige Anordnung 10 gezeichnet.
In den Figuren 25 und 26 sind schematisch weitere
Ausführungsbeispiele von Anordnungen 10 dargestellt. Die Anordnungen 10 umfassen jeweils eine Kontrolleinheit 6, die einem Leuchtdiodenmodul 1 zugeordnet ist. Das
Leuchtdiodenmodul 1 ist beispielsweise aufgebaut, wie in Verbindung mit den Figuren 1, 2 und 4 bis 8 illustriert. Ein gemeinsamer Montageträger als Montageplattform für das
Leuchtdiodenmodul 1 und für die Kontrolleinheit 6 ist nicht gezeichnet .
Gemäß Figur 25 weist die Kontrolleinheit 6 einen
Gleichstromausgang DC und 16 Open-Collector-Ausgänge OC auf. Der Gleichstromausgang DC ist den beiden größeren
Anodenkontaktflächen zugeordnet. Die 16 Ausgänge OC sind jeweils einem der kleineren Kontaktflächen für die Kathodenkontakte der Leuchtdioden zugeordnet.
In Figur 26 ist veranschaulicht, dass die Kontrolleinheit 6 zwei schaltbare Gleichstromausgänge DC aufweist und dafür lediglich acht Open-Collector-Ausgänge OC . Die beiden
größeren Kontaktflächen für die Anodenkontakte sind je an einen der Gleichstromausgänge DC angeschlossen. Die kleineren Kathodenkontaktflächen sind so angeordnet, dass entlang einer randständigen Linie bevorzugt benachbarte
Kathodenkontaktflächen nur einem der Ausgänge OC zugeordnet werden können.
Die beiden einem gemeinsamen Ausgang OC zugeordneten
Kathodenkontaktflächen sind je einer der zwei größeren
Kontaktflächen für die Anodenkontakte zugeordnet, sodass sich wiederum eine individuelle Ansteuerbarkeit der Leuchtdioden ergibt. Dies ist insbesondere mit dem Schaltungsaufbau erreichbar, wie in den Figuren 6 bis 8 dargestellt.
Durch die Verwendung mehrerer Anodenkontaktflächen können damit einfacher aufgebaute Kontrolleinheiten 6 herangezogen werden, sodass die Anordnung 10 kostengünstiger herstellbar ist .
Wie auch in allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass das Leuchtdiodenmodul 1 und die Kontrolleinheit 6 auf einem nicht gezeichneten Montageträger, beispielsweise einer weiteren Leiterplatte, angebracht sind.
In Figur 27 weist die Anordnung 10 lediglich zwei der
Leuchtdiodenmodule 1 auf, die beispielsweise gemäß der
Figuren 1 und 2 aufgebaut sind. Die beiden Leuchtdiodenmodule 1 sind um 180° gegeneinander rotiert nebeneinander angeordnet .
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben . Die hier beschriebene 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 .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 102 953.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Bezugszeichenliste
1 Leuchtdiodenmodul
2 Träger
20 Trägeroberseite
2 1.. 24 elektrisch leitfähige Hauptlage
25 elektrisch isolierende Zwischenlage
2 6 Trägerunterseite
27 elektrische Kontaktfläche
2 8 Metallisierung
2 9 elektrische Isolationsschicht
3 Leuchtdiode
30 Leuchtdiodenchip
31 erster elektrischer Kontakt
32 zweiter elektrischer Kontakt
33 Vergusskörper
34 LeuchtstoffSchicht
35 Symmetriepunkt/Mittelpunkt
3 6 Spiegelachse
4 elektrische Durchkontaktierung
5 elektrische Leiterbahn
59 Positionsmarkierung
6 Kontrolleinheit
7 Baugruppe
8 Optik
9 Panel
10 Anordnung
11 Kraftfahrzeug
A.. Anondenkontakt Nr. ..
C.. Kathodenkontakt Nr. ..
L.. Leuchtdiode Nr. ..
DC, OC Gleichstromkanal, Ausgangskanal R Reihe

Claims

Patentansprüche
1. Leuchtdiodenmodul (1) mit einem Träger (2) und mit mehreren Leuchtdioden (3), wobei
- mindestens zwei verschiedene Leuchtdiodenarten vorhanden sind,
- die Leuchtdioden (3) einzeln oder in Gruppen elektrisch unabhängig voneinander ansteuerbar sind,
- die Leuchtdioden (3) je einen ersten und einen zweiten elektrischen Kontakt (31, 32) aufweisen,
- der Träger (2) mehrere elektrisch leitfähige Hauptlagen (21, 22, 23, 24) umfasst, zwischen denen sich jeweils eine elektrisch isolierende Zwischenlage (25) befindet,
- die Kontakte (31, 32) der Leuchtdioden (3) an einer
Trägeroberseite (21) an einer ersten der Hauptlagen (21) angebracht sind,
- ausgehend von allen ersten Kontakten (31) elektrische
Durchkontaktierungen (4) je direkt zu einer letzten der
Hauptlagen (24) direkt an einer Trägerunterseite (26) verlaufen und direkt mit der letzten Hauptlage (24) verbunden sind,
- ausgehend von allen zweiten Kontakten (32) elektrische Durchkontaktierungen (4) je direkt zu einer vorletzten der Hauptlagen (23), die innerhalb des Trägers (2) liegt, verlaufen und an der vorletzten Hauptlage (23) enden, und
- eine zweite der Hauptlagen (22) und die vorletzte Hauptlage (23) je elektrische Leiterbahnen (5) aufweisen und die den zweiten Kontakten (32) zugeordneten Durchkontaktierungen (4) mittels der Leiterbahnen (5) der zweiten und der vorletzten Hauptlage (22) je elektrisch unabhängig voneinander
ansteuerbar sind.
2. Leuchtdiodenmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die von den Kontakten (31, 32) ausgehenden
Durchkontaktierungen (4) in Draufsicht gesehen jeweils von dem zugeordneten Kontakt (31, 32) teilweise oder vollständig überdeckt sind,
wobei zwischen einschließlich vier und acht der Hauptlagen (21, 22, 23, 24) vorhanden sind.
3. Leuchtdiodenmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Träger (2) genau vier der Hauptlagen (21, 22, 23, 24) umfasst.
4. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Leiterbahnen (5) der zweiten und der vorletzten Hauptlage (22), wenn nebeneinanderliegend und in Draufsicht gesehen, spiegelsymmetrisch gestaltet sind.
5. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Leuchtdioden (3) entlang mindestens einer Reihe (R) angeordnet sind, sodass sich die Kontakte (31, 32) der Leuchtdioden (3) der mindestens einen Reihe (R) entlang einer geraden Linie angeordnet sind,
wobei sich die Leiterbahnen (5) und die mindestens eine Reihe (R) nicht schneiden.
6. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Träger (2) zumindest an der Trägerunterseite (26) zwei oder mehr als zwei elektrische Kontaktflächen (27) zur externen elektrischen Kontaktierung der ersten Kontakte (31) der Leuchtdioden (3) umfasst,
wobei an jeder Kontaktfläche (27) für die ersten Kontakte (31) mehrere der Durchkontaktierungen (4), die von den ersten Kontakten (31) ausgehen, enden.
7. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Träger (2) zumindest an der Trägerunterseite (26) mehrere elektrische Kontaktflächen (27) zur individuellen externen elektrischen Kontaktierung der zweiten Kontakte (32) der Leuchtdioden (3) umfasst,
wobei die elektrischen Kontaktflächen (27) für die zweiten Kontakte (32) in Draufsicht gesehen neben den Leuchtdioden (3) liegen und je mittels mindestens einer elektrischen
Durchkontaktierung (4) mit einer innenliegenden Hauptlage (22, 23) des Trägers (2) elektrisch verbunden sind.
8. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Leuchtdioden (3) in Draufsicht gesehen derart antipunktsymmetrisch angeordnet sind, sodass jede Leuchtdiode (3) einer ersten der Leuchtdiodenarten mittels Punktsymmetrie in eine der Leuchtdioden (3) einer zweiten der
Leuchtdiodenarten abbildbar ist,
wobei für alle Leuchtdioden (3) genau ein gemeinsamer
Symmetriepunkt (35) für die Punktsymmetrie vorhanden ist.
9. Leuchtdiodenmodul (1) nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen,
bei dem die Kontaktflächen (27) für die zweiten Kontakte (32) von Leuchtdioden (3), die antipunktsymmetrisch zueinander angeordnet sind, ebenfalls punktsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
10. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktflächen (27) für die zweiten Kontakte (32) und die zugehörigen Leuchtdioden (3) den gleichen
Symmetriepunkt aufzeigen, in Draufsicht auf die
Trägeroberseite (21) gesehen.
11. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Leuchtdioden (3) in Draufsicht gesehen derart antispiegelsymmetrisch angeordnet sind, sodass jede
Leuchtdiode (3) einer ersten der Leuchtdiodenarten mittels Spiegelsymmetrie in eine der Leuchtdioden (3) einer zweiten der Leuchtdiodenarten abbildbar ist,
wobei genau eine Spiegelachse (36) vorhanden ist.
12. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine Gesamtanordnung der Leuchtdioden (3) in
Draufsicht gesehen in vier gleich große Quadranten
unterteilbar ist, sodass alle Quadranten mittels Translation oder mittels Translation in Kombination mit Rotation
ineinander abbildbar sind.
13. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine der genau zwei Leuchtdiodenarten aus mehreren Leuchtdioden (3W) zur Erzeugung von warmweißem Licht und die andere der Leuchtdiodenarten aus mehreren Leuchtdioden (3K) zur Erzeugung von kaltweißem Licht gebildet ist.
14. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem eine der genau vier Leuchtdiodenarten aus mehreren Leuchtdioden (3R) zur Erzeugung von rotem Licht, eine der Leuchtdiodenarten aus mehreren Leuchtdioden (3G) zur
Erzeugung von grünem Licht, eine der Leuchtdiodenarten aus mehreren Leuchtdioden (3C) zur Erzeugung von cyanfarbigem Licht und die verbleibende Leuchtdiodenart aus mehreren
Leuchtdioden (3B) zur Erzeugung von blauem Licht gebildet ist .
15. Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Leuchtdioden (3) jeweils oberflächenmontierbar sind,
wobei das Leuchtdiodenmodul (1) zwischen einschließlich 8 und 144 der Leuchtdioden (3) umfasst,
wobei in Draufsicht gesehen eine mittlere Kantenlänge der Leuchtdioden (3) um höchstens einen Faktor 3 größer ist als eine mittlere Kantenlänge eines Leuchtdiodenchips (30) der betreffenden Leuchtdiode (3) .
16. Anordnung (10) mit mindestens einem Leuchtdiodenmodul (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und mit mindestens einer Kontrolleinheit (6),
wobei die Leuchtdioden (3) mittels der Kontrolleinheit (6) einzeln ansteuerbar sind, und
wobei die Kontrolleinheit (6) beabstandet von dem Träger (2) angeordnet ist.
17. Anordnung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, die mehrere der Leuchtdiodenmodule (1) umfasst,
wobei die Leuchtdiodenmodule (1) zu mehreren Baugruppen (7) zusammengefasst sind,
wobei die Anordnung (10) ferner mehrere Optiken (8) umfasst und jeder der Baugruppen (7) eine der Optiken (8) zugeordnet ist, und
wobei die Anordnung (10) als Innenbeleuchtung in einem
Kraftfahrzeug verbaut ist.
PCT/EP2020/052854 2019-02-06 2020-02-05 Leuchtdiodenmodul und anordnung mit einem leuchtdiodenmodul WO2020161182A1 (de)

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US17/428,036 US11404619B2 (en) 2019-02-06 2020-02-05 Light-emitting diode module and assembly with a light-emitting diode module
CN202080013040.3A CN113412540A (zh) 2019-02-06 2020-02-05 发光二极管模块和具有发光二极管模块的系统

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