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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen des LED-Leuchtmittels sind in den Ansprüchen 1 bis
6 angegeben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugt
wird das erfindungsgemäße LED-Leuchtmittel
als Ersatz für
konventionelle Glühlampen
verwendet.
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Mit
dem LED-Leuchtmittel ist ein im Wesentlichen unmittelbarer Ersatz
einer konventionellen Glühbirne
in einer Kraftfahrzeugleuchte möglich.
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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.
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Weiter
Vorteile, vorteilhafte Ausführungen und
Weiterbildungen des LED-Leuchtmittels ergeben sich aus dem im Folgendem
in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel.
Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung
des Trägerelements
des Auführungsbeispieles
in Draufsicht, und
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2 eine schematische Darstellung
des Ausführungsbeispiels
in einer Schnittansicht entlang der in 1 eingezeichneten Linie A–A.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Leuchtdioden-Bauelemente 2 können selbst bereits eine zusätzliche
Primäroptik,
wie beispielsweise eine Sammellinse oder dergleichen, aufweisen.
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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.