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DE202004009488U1 - LED-Leuchtmittel, Kraftfahrzeugleuchte - Google Patents

LED-Leuchtmittel, Kraftfahrzeugleuchte Download PDF

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DE202004009488U1 DE202004009488U DE202004009488U DE202004009488U1 DE 202004009488 U1 DE202004009488 U1 DE 202004009488U1 DE 202004009488 U DE202004009488 U DE 202004009488U DE 202004009488 U DE202004009488 U DE 202004009488U DE 202004009488 U1 DE202004009488 U1 DE 202004009488U1
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Abstract

LED-Leuchtmittel (1) zum Einbau in eine Reflektorvorrichtung (9), insbesondere zum Einbau in eine für die Bestückung mit einer oder mehreren Glühlampen ausgelegte Reflektorvorrichtung (9), mit:
– mindestens einer Leuchtdiodenanordnung (7) mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden-Bauelementen (2) und einem gemeinsamen Trägerelement (3), auf dem die Leuchtdioden-Bauelemente (2) angeordnet sind,
– einer optischen Einrichtung (4), die den Leuchtdioden-Bauelementen (2) in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, und die zumindest einen Teil einer von den Leuchtdioden-Bauelementen (2) ausgesandten Strahlung zu Reflektorflächen des vorgesehenen Reflektors hin ablenkt, und
– einem Montagesockel (6), auf dem die Leuchtdiodenanordnung (7) befestigt ist und der zur lösbaren Befestigung in einer Leuchtmittelaufnahme (8) der Reflektorvorrichtung (9) ausgebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leuchtdioden-Leuchtmittel (im Folgenden kurz „LED-Leuchtmittel") zum Einbau in eine Reflektorvorrichtung, insbesondere zum Einbau in eine für die Bestückung mit einer oder mehreren Glühlampen ausgelegte Reflektorvorrichtung. Sie bezieht sich weiterhin insbesondere auf die Verwendung eines solchen LED-Leuchtmittels sowie auf eine Kraftfahrzeugleuchte mit einem solchen LED-Leuchtmittel.
  • Um in Signalleuchten, wie beispielweise Kraftfahrzeugrückleuchten, -bremsleuchten oder, konventionelle Leuchtmittel durch LED-Leuchtmittel zu ersetzen, muß entweder die zugehörige Reflektoranordnung auf die Abstrahlcharakteristik von Leuchtdioden-Bauelementen angepasst werden oder muß das LED-Leuchtmittel eine Abstrahlcharakteristik wie ein konventionelles Leuchtmittel aufweisen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein LED-Leuchtmittel anzugeben, das die Abstrahlcharakteristik eines konventionellen Leuchtmittels aufweist und bei dem die einzelnen Leuchtdiodenbauelemente auf einfache Weise montierbar sind. Weiterhin soll eine Kraftfahrzeugleuchte mit einem solchen LED-Leuchtmittel angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird durch ein LED-Leuchtmittel mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine Kraftfahrzeugleuchte mit einem solchen LED-Leuchtmittel sind in Schutzanspruch 6 angegeben.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des LED-Leuchtmittels sind in den Ansprüchen 1 bis 6 angegeben.
  • Ein LED-Leuchtmittel gemäß der Erfindung weist folgende Komponenten auf:
    • – mindestens eine Leuchtdiodenanordnung mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden-Bauelementen und ein gemeinsames Trägerelement, auf dem die Leuchtdioden-Bauelemente angeordnet sind,
    • – eine optischen Einrichtung, die den Leuchtdioden-Bauelementen in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, und die zumindest einen Teil einer von den Leuchtdioden-Bauelementen ausgesandten Strahlung zu Reflektorflächen des vorgesehenen Reflektors hin ablenkt, und
    • – einen Montagesockel, auf dem die Leuchtdiodenanordnung befestigt ist und der zur lösbaren Befestigung in einer Leuchtmittelaufnahme der Reflektorvorrichtung ausgebildet ist. Mittels der optischen Einrichtung wird die gewünschte Abstrahlung bzw. Abstrahlcharakteristik des LED-Leuchtmittels erzeugt. Die optische Einrichtung, die lösbar mit dem Montagesockel verbunden sein kann, ermöglicht das Bereitstellen von unterschiedlichsten Abstrahlcharakteristiken auf der Grundlage von ein und derselben Leuchtdiodenanordnung, je nach Bedarf.
  • Bei dem LED-Leuchtmittel kann durch Modifikation der optischen Einrichtung vorteilhafterweise bei gleichbleibender Leuchtdiodenanordnung die Abstrahlcharakteristik variiert werden. Dadurch kann die Montage der Leuchtdiodenbauelemente vereinfacht werden. Insbesondere können auf einfache Weise oberflächenmontierbare Leuchtdioden-Bauelemente eingesetzt werden.
  • Besonders bevorzugt ist das Trägerelement plan ausgebildet. Die Leuchtdioden können in diesem Fall vorteilhafterweise mit herkömmlichen Pick-and-Place-Verfahren in ein und derselben Ebene oberflächenmontiert werden. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache, automatisierbare Fertigung, durch die eine Volumenfertigung mit hohen Stückzahlen ermöglicht wird.
  • Planare Trägerelmente ermöglichen darüber hinaus den technisch einfachen Einsatz von thermisch gut leitenden elektrischen Leiterplatten, wie z.B. sogenannten Metallkernleiterplatten oder Flex auf Aluminium-Leiterplatten. Neben der einfacheren Fertigung ergibt sich hierdurch auch ein verbessertes thermisches Management der im Betrieb entstehenden Wärme, welche dann ohne weiteres über das Trägerelement abgeleitet werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des LED-Leuchtmittels ist zwischen dem Trägerelement und dem Montagesockel ein Kühlkörper zum Abführen einer Verlustwärme von den Leuchtdioden-Bauelementen angeordnet, der mit dem Trägerelement thermisch leitend verbunden ist.
  • Das Trägerelement kann auf einem weiteren Träger angeordnet sein, wobei der weitere Träger derart ausgebildet ist, dass dieser in eine Lampenfassung einbringbar, z.B. einschraubbar oder einsteckbar, ist. Der weitere Träger, der vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt ist, entspricht in seiner Ausgestaltung vorzugsweise den aus dem Stand der Technik bekannten Schraubgewinden oder Steckfassungen konventioneller Leuchtmittel wie beispielsweise Glühbirnen.
  • Ein LED-Leuchtmittel gemäß der Erfindung ermöglicht eine besonders hohe Flexibilität, weil auf den weiteren Trägern unterschiedlich gestaltete Verbundeinheiten aus Trägerelement und Leuchtdioden-Bauelementen montiert werden können. Bereits hierdurch lassen sich verschiedene Abstrahlcharakteristiken erzielen. Diese können zusätzlich dadurch variiert werden, dass unterschiedlich gestaltete optische Einrichtungen auf ein und derselben Grundform aus Trägerelement und Leuchtdioden-Bauelementen angeordnet werden.
  • Das Anordnen kann beispielsweise das Aufstecken der optischen Einrichtung auf die Leuchtdiodenanordnung umfassen. Eine fes te Verbindung kann beispielsweise mittels einer Schnappverbindung mit dem Trägerelement und/oder dem weiteren Träger erfolgen.
  • Das LED-Leuchtmittel wird vorzugsweise in einer für eine oder mehrere Glühlampen ausgelegten Reflektorvorrichtung verwendet, die eine von der optischen Einrichtung vom LED-Leuchtmittel abgelenkte Strahlung in eine Abstrahlrichtung der Reflektorvorrichtung umlenkt und bündelt.
  • Bevorzugt wird das erfindungsgemäße LED-Leuchtmittel als Ersatz für konventionelle Glühlampen verwendet.
  • Mit dem LED-Leuchtmittel ist ein im Wesentlichen unmittelbarer Ersatz einer konventionellen Glühbirne in einer Kraftfahrzeugleuchte möglich.
  • Ein LED-Leuchtmittel gemäß der Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise den unmittelbaren Einsatz von oberflächenmontierbaren Bauelementen wie sie beispielsweise in den Druckschriften F. Möllmer und G. Waitl, Siemens Components 29, Heft 4, Seiten 147 bis 149 beschrieben sind, EP 400 175 A1 , EP 1 004 145 , WO 01/86730 und WO 02/084749 beschrieben sind, deren Offenbarungsgehalt hiermit insofern durch Rückbezug aufgenommen wird.
  • Weiter Vorteile, vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen des LED-Leuchtmittels ergeben sich aus dem im Folgendem in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Trägerelements des Auführungsbeispieles in Draufsicht, und
  • 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels in einer Schnittansicht entlang der in 1 eingezeichneten Linie A–A.
  • Lediglich beispielhaft weist ein LED-Leuchtmittel 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ein in Draufsicht kreisrundes Trägerelement 3 auf (man vergleiche 1). Das Trägerelement 3 kann ebenso in Draufsicht beispielsweise oval, ellipsenartig, dreieckig, viereckig, vieleckig oder anderweitig ringartig ausgebildet sind. Denkbar sind auch nicht ringartig geschlossene Trägerelemente wie beispielsweise U-artige und V-artige Ausgestaltungen.
  • Auf dem Trägerelement 3 sind entlang und über dessen gesamten Umfang beabstandet voneinander oberflächenmontierbare Leuchtdioden-Bauelemente 2 angeordnet, hier beispielhafte acht Stück, die paarweise identische Abstände zueinander aufweisen. Die Abstände zwischen den Leuchtdioden-Bauelementen 2 können je nach Anforderung an das Leuchtmittel über das Trägerelemente 3 variieren, das heißt, in unterschiedlichen Paaren von Leuchtdioden-Bauelementen können die Leuchtdioden-Bauelemente untereinander unterschiedliche Abstände aufweisen.
  • Diese Leuchtdioden-Bauelemente 2 sind derart montiert, dass sie als sogenannte Toplooker eine Strahlachse aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptfläche des Trägerelements 3 verläuft. „Im wesentlichen senkrecht" schließt vorliegend fertigungstechnische Schwankungen der Strahlachse mit ein, die dazu führen, dass diese nicht exakt senkrecht zur Hauptfläche des Trägerelements 3 steht.
  • Selbstverständlich können je nach Anforderung auch Leuchtdioden-Bauelemente 2 mit anderen Abstrahlwinkeln wie beispielsweise solche des Typs Sidelooker eingesetzt werden. Letztere strahlen bei gleicher Anordnung wie in 1 gezeigt, beispielsweise radial nach außen. Ebenso können auch, je nach Anwendungsfall, schräg zur Seite abstrahlende Leuchtdioden-Bauelemente zu Einsatz kommen, deren Strahlachse einen Winkel zur Hauptfläche des Trägerelements 3 aufweist, der zwischen 0° und 90° liegt.
  • Vorliegend besonders wichtig ist, dass das Trägerelement 3 plan ausgebildet ist, so dass es mittels herkömmlich in der Leuchtdioden-Montagetechnik verwendeten Pick-and-Place-Automaten mit Leuchtdioden-Bauelementen bestückbar ist.
  • Im LED-Leuchtmittel 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel ist den Leuchtdioden-Bauelementen 2 in deren Abstrahlrichtung eine ringförmige optische Einrichtung 4 nachgeordnet, die auf die Leuchtdioden-Bauelemente 2 aufgesetzt ist. Die optische Einrichtung 4 ist aus einem strahlungsdurchlässigen Material hergestellt, weist einen dreieck-artigen Querschnitt auf und umfasst eine plane Strahlungseinkoppelfläche 41, die den Leuchtdioden-Bauelementen 2 zugewandt ist, eine konvex gekrümmte Strahlungsauskoppel- und -umlenkfläche 42, die von den Leuchtdioden-Bauelementen 2 abgewandt ist, und eine zur Seite des LED-Leuchtmittels 1 hin gewandte Strahlungsauskoppelfläche 40. Der Außendurchmesser der optischen Einrichtung 4 entspricht beispielhaft in etwa dem Außendurchmesser des Trägerelements 3. Der Innendurchmesser der optischen Einrichtung 4 ist derart gestaltet, dass die Leuchtdioden-Bauelemente 3 von ihr vollständig überdeckt sind.
  • Ein Teil der in die optische Einrichtung 4 eingekoppelten Strahlung wird durch die Strahlungsauskoppel- und - umlenkfläche 42 hindurch wieder ausgekoppelt (angedeutet durch die Pfeile 43). Ein anderer Teil wird an der Strahlungsauskoppel- und umlenkfläche 42 reflektiert, zur Seite des LED-Leuchtmittels hin umgelenkt und ggf. gebündelt und durch die Strahlungsauskoppelfläche 40 der optischen Einrichtung 4 hindurch ausgekoppelt (angedeutet durch die Pfeile 44). Ein weiterer Teil der Strahlung kann zur Strahlungseinkoppelfläche 41 hin zurückreflektiert werden, der dann möglicherweise zum Strahlungsverlust zu zählen ist.
  • Ein direktes Aufsetzen der optischen Einrichtung 4 auf die Leuchtdioden-Bauelemente 2 und/oder ein geeignetes strahlungsdurchlässiges Medium zwischen der optischen Einrichtung 4 und den Leuchtdioden-Bauelementen 2 kann vorliegend unerwünschte Reflexionen beim Übergang der Strahlung von den Leuchtdioden-Bauelementen 2 zur optischen Einrichtung 4, beispielsweise an der Strahlungseinkoppelfläche 41 reduzieren. Die Strahlungseinkoppelfläche 41 kann aus dem gleichen Grund zusätzlich oder alternativ beispielsweise konkav oder anderweitig reflexionsmindernd ausgebildet sind.
  • Alternativ kann die optische Einrichtung 4 durch einen halbdurchlässigen gekrümmten Spiegel oder durch ein anderes geeignetes Mittel realisiert sein. Mit dem LED-Leuchtmittel gemäß dem Ausführungsbeispiel ist es auf einfache Weise möglich, Leuchtdioden-Bauelemente 2 in SMT-Technik auf das Trägerelement 3 aufzubringen. Hierdurch ergibt sich eine besonders einfache Fertigung.
  • Zur Veränderung der Abstrahlcharakteristik des LED-Leuchtmittels, z.B, des Abstrahlwinkels der seitlich durch die seitliche Strahlungsaunskoppelfläche 40 emittierten Strahlung 44, ist es nun vorteilhafterweise ausreichend, lediglich die optische Einrichtung 4 entsprechend abzuändern. Beispielsweise durch eine andere Wölbung der Strahlungsauskoppel- und umlenkfläche 42 kann die Abstrahlcharakteristik in vielschichtiger Hinsicht verändert werden.
  • Die Leuchtdioden-Beuelemente 2 können alternativ auch über die gesamte Fläche des Trägerelements 3 und nicht nur entlang des Umfangs auf dem Trägerelement 3 angeordnet sein. Ebenso können in einem einzigen LED-Leuchtmittel mehrere plane Trägerelemente 3 angeordnet sein, wobei diesen eine einzige optische Einrichtung 4 oder eine Mehrzahl von optischen Einrichtungen 4 zugeordnet sein können.
  • Das Trägerelement 3 ist auf einem weiteren Träger 5, der beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material besteht und einen Kühlkörper umfassen kann, aufgebracht ist. Der weitere Träger selbst ist auf seiner vom Trägerelement 3 abgewandten Seite mit einem Glühlampensockel 6 verbunden, mit welcher das LED-Leuchtmittel 1 in eine konventionelle Leuchtmittelfassung (nicht dargestellt) beispielsweise einer Reflektoranordnung eingesteckt werden kann. Ohne weitere (mechanische) Modifikationen kann damit ein bislang mit konventionellen Glühlampen ausgestattete Signalleuchte mit einem LED-Leuchtmittel versehen werden. Eine elektronische Schaltungsanordnung zur Ansteuerung der Leuchtdioden-Bauelemente 2 kann beispielsweise auf dem Trägerelemente 3, in dem weiteren Träger 5 oder im Sockel 6 integriert sein.
  • Die optische Einrichtung 4 kann, wie beim Ausführungsbeispiel an den Leuchtdioden-Bauelementen 3 oder alternativ beispielsweise über Stützelemente an dem Trägerelement 3 oder an dem weiteren Träger 5 befestigt sein.
  • Die Leuchtdioden-Bauelemente 2 können selbst bereits eine zusätzliche Primäroptik, wie beispielsweise eine Sammellinse oder dergleichen, aufweisen.
  • Die Erfindung ermöglicht den Ersatz von Glühlampen durch LED-Leuchtmittel in Signalleuchten im Automobilbereich, wie z.B. in, Rücklichtern, Bremslichtern oder Blinklichtern. Zudem ermöglicht sie Lichtquellen mit vollständig neuen Designs. Gleichzeitig ist die Kompatibilität zu Standard-Lampensockeln gewährleistet.

Claims (6)

  1. LED-Leuchtmittel (1) zum Einbau in eine Reflektorvorrichtung (9), insbesondere zum Einbau in eine für die Bestückung mit einer oder mehreren Glühlampen ausgelegte Reflektorvorrichtung (9), mit: – mindestens einer Leuchtdiodenanordnung (7) mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden-Bauelementen (2) und einem gemeinsamen Trägerelement (3), auf dem die Leuchtdioden-Bauelemente (2) angeordnet sind, – einer optischen Einrichtung (4), die den Leuchtdioden-Bauelementen (2) in deren Abstrahlrichtung nachgeordnet ist, und die zumindest einen Teil einer von den Leuchtdioden-Bauelementen (2) ausgesandten Strahlung zu Reflektorflächen des vorgesehenen Reflektors hin ablenkt, und – einem Montagesockel (6), auf dem die Leuchtdiodenanordnung (7) befestigt ist und der zur lösbaren Befestigung in einer Leuchtmittelaufnahme (8) der Reflektorvorrichtung (9) ausgebildet ist.
  2. LED-Leuchtmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Montagefläche (30) des Trägerelements (3), auf der die Leuchtdioden-Bauelemente (2) montiert sind, eben ausgebildet ist.
  3. LED-Leuchtmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (3) eine Leiterplatte ist.
  4. LED-Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden-Bauelemente (2) auf dem Trägerelement (3) oberflächenmontiert sind.
  5. LED-Leuchtmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (3) und dem Montagesockel (6) ein Kühlkörper (5) zum Abführen einer Verlustwärme von den Leuchtdioden-Bauelementen (2) angeordnet ist, der mit dem Trägerelement (3) thermisch leitend verbunden ist.
  6. Kraftfahrzeugleuchte mit einer für eine oder mehrere Glühlampen ausgelegten Reflektorvorrichtung (9), in die ein LED-Leuchtmittel (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 eingebaut ist.
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